鋯合金具有較小的熱中子吸收截面,良好的耐腐蝕性能和高溫力學性能,是核工業和化工等行業重要的結構材料。在反應堆中,由于鋯合金水側要經受高溫高壓水的沖刷,對其耐蝕性能要求較高。另外,中子輻照損傷及吸氫腐蝕,將導致鋯合金力學性能下降。因此,通過恰當的表面處理提高鋯合金的耐蝕、耐磨性能并阻擋氫擴散具有重要的實際意義。
微弧氧化(MAO)是一項在有色金屬表面原位生長氧化物陶瓷膜的新技術,提高金屬的耐磨、耐蝕、絕緣性能。研究表明,采用交流電源或雙極性電源獲得的微弧氧化膜通常比直流電源微弧氧化膜更致密,性能也比較高。目前國內外對鋁、鎂、鈦微弧氧化工藝和性能研究很多,但鋯合金微弧氧化的研究論文還很少。張岱嵐等人采用直流電源研究鋯合金表面微弧氧化膜的工藝和性能,周慧等初步研究了鋯合金交流微弧氧化膜的組織和腐蝕性能。但他們所獲得的膜層較薄,特別是致密層厚度都小于15Lm。因此需要進一步探索鋯合金微弧氧化工藝,提高陶瓷膜的厚度、致密性和硬度等性能,以滿足耐腐蝕和耐沖刷等方面的要求。本文采用交流微弧氧化技術在鋯合金表面生成較厚的致密陶瓷膜,分析了膜層的形貌、結構、成分及相應的性能。
1)在硅酸鹽溶液中用交流微弧氧化法在鋯合金表面制備出厚240Lm的致密陶瓷膜。膜層具有內外兩層結構,來自溶液的硅元素富聚在外層膜里;
2)陶瓷膜由m-ZrO2單斜相、-tZrO2四方相和SiO2所組成,其中SiO2相主要分布在外層膜里;
3)微弧氧化膜的硬度達到770HV0102,是鋯合金基體硬度的3倍;
4)鋯合金經過微弧氧化處理后,形成一層有效的保護膜,腐蝕電位上升,腐蝕電流密度下降,它的抗均勻腐蝕能力得到較大提高。此外,它的抗點蝕能力也得到顯著提高。