铀表面鎏锌防护层制备技术分析

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1、万方数据铀表面鎏锌防护层制备技术研究械加工金属铀材料时的监测水平，由此看来，铀的腐蚀不但会造成材料的浪费、增加废物的产生量，降低铀的利用率，同时还会造成操作现场的环境污染，增大辐射防护压力，也增加了操作人员的放射性损伤风险。因此，伴随着铀越来越广泛的应用，如何使铀得以长期、安全、方便地贮存和使用越来越成为一个亟待解决的问题。翻开铀工业的发展史，我们不难发现，几乎所有的金属防腐蚀技术都曾经被用于对铀进行防护，如：表面钝化、表面合金化、缓蚀剂、非金属涂层以及金属涂层等。研究发现，表面钝化和表面合金化均只能起到短期保

2、护而不能长期阻止铀的氧化，缓蚀剂防腐一般只适用于短期过程中金属的防腐，在金属铀冷却切割过程中，可以在冷却液中加入缓蚀剂来减少冷却过程中铀的腐蚀，但此种方法仅限于减少铀在切割过程的短时间内的腐蚀速率，并不能完全阻止铀的腐蚀行为的发生。在金属铀表面旋以有机涂层保护，从而阻断铀与腐蚀介质的直接接触，是最早开展研究的方法，然而，研究发现，有机涂层很难对铀起到良好的保护作用[14,15】，原因可能是有机涂层的致密性较差，很难阻挡气体介质的渗透，在铀上制备陶瓷等非金属材料的保护涂层时，由于金属与涂层的热膨胀系数差异太大，因

3、此在温度波动的环境中，涂层很容易破裂或脱落，从而导致涂层的保护功能失效。就目前的研究结果来看，只有金属涂层以及以金属为基底的合金涂层、复合涂层能够起到长期的保护作用，这也是研究最为集中的领域，经过几十年的研究发展，经历了从单一金属涂层(如Zn、A1、Ni等)、合金涂层(PlJAl．Zn、Zn．Sn、Ni．Zn等)到复合涂层(如A"iN、Ti／TiN、A1／Ah03等)的发展历程。涂层对金属铀的保护效果除与涂层材质有关，还取决于涂层的制备方法，不同的涂层制备工艺造成涂层本身的致密性以及涂层与基体的结合情况不同，而

4、这两个因素直接决定涂层防护性能的好坏。本论文在本章主要调研前期在铀上制备涂层的各种方法，分析其优略，并在此基础上，基于传统鎏镀的思想，提出在铀表面鎏镀锌涂层的方法。由于鎏镀经几千年传承至今，虽然作为一项工艺技术日臻完善，但并未形成科学理论，其理论积累较为薄弱，而本论文所要研究的内容又未见相关文献报道，属开拓性工作，因此，本论文首先在第二章开展了铀表面鎏锌的理论探索。第三章则基于理论探索结果设计实验方案并开展鎏锌工艺的实验研究，第四章对铀表面涂层的组织结构及抗腐蚀性能进行测试评价。第五章主要对本论文的工作进行总结

5、。1．2铀表面防护涂层制备方法研究现状在金属铀表面制备金属及金属化合物涂层的方法主要有：电镀、热浸镀、化学镀、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等，下面将分别介绍这些方法以及前人所开展的相关研究工作。万方数据铀表面鎏锌防护层制备技术研究1．2．1电镀电镀是研究和应用最早、最广泛的方法，镀层有单质Zn镀层、单质Ni镀层、Ni／Zn双元镀层、Ni／Zn双元镀层并铬化处理等。Dini等人[16,17,18,19]研究了在铀及铀合金上镀Zn-Ni合金的工艺，所得镀层中含Zn90％、NilO％(wt％)。研究

6、发现用于镀Ni的蚀刻工艺可直接用于镀Zn．Ni合金，zn—Ni合金镀层结合力好、均匀而且几乎没有孔隙，镀层由单一的Y相组成，这也是镀层耐蚀性能良好的主要原因，但Zn．Ni合金镀层组成控制及钝化较单--Zn镀层困难。早期的电镀采用的是直流电，镀层致密度较低，但是后来采用脉冲电镀技术，大大改善了电镀层的性能，王庆富等采用脉冲电镀技术研究了铀表面镍镀层的性能，证实脉冲电镀能有效地细化铀上镍镀层的晶粒、提高镀层的致密性、降低镀层厚度，且脉冲镀层对铀基体的防腐蚀性能优于直流镀层。Weirick[20,21,22]对U．0

7、．75Ti合金的各种金属镀层进行了评价，以确定它们的保护性能。试验条件为100℃、IO％RH、流量为1升／分的空气。在这样环境里镀层的防腐蚀作用主要是由于镀层的完整性，而不是牺牲阳极的阳极保护。结果表明大多数镀层对U．0．75Ti都有较好的防护效果，镉镀层没有起到保护作用，这是因为镉镀层不完整、不均匀且结合力差，而镍镀层是完整、均匀和附着良好的，而结合力差的镀层容易鼓泡、剥落而丧失对基体的保护作用。1．2．2热浸镀20世纪60年代末，国外开展了在铀表面利用热浸镀技术镀制防护涂层的研究工作，所采用的镀层金属一般为

8、锌或锌．锡合金。Weirick等【23】在铀上开展了热浸镀Sn．Zn合金涂层的研究。张友寿等曾在20世纪80年代，开展过铀上热浸镀锌及锌．锡合金的研究工作【241，结果表明：镀层能够对铀起到好的保护效果，其原因是相对铀而言，锌或锌锡合金为阳极性保护镀层，即使镀层中存在缺陷，也能够通过牺牲阳极镀层起到保护铀的效果。镀层的不足是均匀性较差，即使在镀层工艺上采取了热吹风或抖动等措施，镀层厚度