鋯(gao)(gao)(gao)（Zr）及其(qi)合金是目前較為(wei)成熟的(de)核用(yong)材料(liao)，除具有優異的(de)抗(kang)輻照和(he)(he)(he)耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)外，還表現出高(gao)的(de)比強度、良(liang)好的(de)尺寸穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)及生物(wu)相容性(xing)(xing)(xing)(xing)等(deng)特性(xing)(xing)(xing)(xing)，因此(ci)在航空航天、海洋艦(jian)船、化工(gong)機械和(he)(he)(he)生物(wu)植入體(ti)(ti)制造(zao)等(deng)領域也極(ji)具應用(yong)潛力[1-3]。然而(er)，由于硬度、耐(nai)磨(mo)損和(he)(he)(he)抗(kang)疲勞等(deng)表面性(xing)(xing)(xing)(xing)能不(bu)佳(jia)，導致(zhi)鋯(gao)(gao)(gao)合金在惡劣工(gong)況服(fu)役時經(jing)常(chang)發生表面磨(mo)損和(he)(he)(he)疲勞失效[4-5]。此(ci)外，日本福島(dao)核泄漏事件(jian)中，冷水(shui)堆(dui)故障致(zhi)使堆(dui)芯溫(wen)升加劇所(suo)造(zao)成的(de)鋯(gao)(gao)(gao)-水(shui)蒸汽(qi)反(fan)應是引發氫爆(bao)事故的(de)主要(yao)因素。為(wei)提高(gao)核反(fan)應堆(dui)的(de)整體(ti)(ti)安(an)全性(xing)(xing)(xing)(xing)，需要(yao)對(dui)(dui)反(fan)應堆(dui)包(bao)殼材料(liao)的(de)抗(kang)高(gao)溫(wen)氧化和(he)(he)(he)耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)等(deng)性(xing)(xing)(xing)(xing)能進(jin)一步優化。為(wei)此(ci)，如何改善鋯(gao)(gao)(gao)合金的(de)表面性(xing)(xing)(xing)(xing)能以擴大其(qi)應用(yong)范圍是科(ke)研(yan)工(gong)作者(zhe)必須(xu)面對(dui)(dui)的(de)重要(yao)工(gong)程問(wen)題之(zhi)一。

所謂表(biao)(biao)面(mian)(mian)改性(xing)是指(zhi)采(cai)用化(hua)(hua)學(xue)或物理等(deng)(deng)方(fang)法，在(zai)保持(chi)材料或部件原性(xing)能(neng)的(de)(de)前提下(xia)，賦予其(qi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)高的(de)(de)耐磨、耐蝕(shi)、抗氧化(hua)(hua)及(ji)疲勞強(qiang)度等(deng)(deng)性(xing)能(neng)，是進一步(bu)提高鋯(gao)(gao)(gao)合金材料表(biao)(biao)面(mian)(mian)性(xing)能(neng)的(de)(de)重要途徑。迄今為止，廣大科(ke)研人員針對(dui)鋯(gao)(gao)(gao)合金開展(zhan)了(le)多種表(biao)(biao)面(mian)(mian)改性(xing)工作(zuo)，并圍繞表(biao)(biao)面(mian)(mian)改性(xing)層形(xing)成(cheng)機理、路徑規劃(hua)、組織與(yu)性(xing)能(neng)優化(hua)(hua)等(deng)(deng)方(fang)面(mian)(mian)進行(xing)了(le)大量的(de)(de)基礎性(xing)研究，擬從根(gen)本上解(jie)決鋯(gao)(gao)(gao)合金在(zai)應用過程中存在(zai)的(de)(de)弱表(biao)(biao)面(mian)(mian)性(xing)能(neng)等(deng)(deng)問題(ti)。

本文以(yi)(yi)鋯合(he)金(jin)(jin)的表(biao)面(mian)改性技術為主線，簡(jian)述(shu)了(le)鋯合(he)金(jin)(jin)中(zhong)常見表(biao)面(mian)改性制備技術的原(yuan)理、優(you)缺(que)點(dian)以(yi)(yi)及研(yan)究現狀(zhuang)和進展，重點(dian)介紹了(le)在鋯合(he)金(jin)(jin)表(biao)面(mian)改性領域(yu)中(zhong)常用的工藝(yi)方(fang)法如(ru)物(wu)理氣相沉(chen)積、激光表(biao)面(mian)處理和陽極氧化等。

1、物理氣相沉積

物理氣相(xiang)沉積(ji)（PhysicalvaPordePosition，PVD）技術(shu)是(shi)使(shi)用(yong)物理方式(shi)將靶材(cai)材(cai)料氣態(tai)化后(hou)沉積(ji)在工件表面(mian)形(xing)成一層保護(hu)膜(mo)，從而達到材(cai)料表面(mian)改性的目的。

利用該種(zhong)方法在基(ji)材(cai)表面所沉(chen)積的(de)金屬、合(he)金或陶瓷(ci)等(deng)膜層大都具有致密性高、與(yu)基(ji)材(cai)的(de)結合(he)力強(qiang)及厚度可控等(deng)優點。目前，用于鋯合(he)金表面改性的(de)PVD方法主要(yao)為磁(ci)控濺射和(he)多弧離子(zi)鍍[6]。

1.1磁控濺射

磁控(kong)濺(jian)射（Magnetronsputtering，Ms）技(ji)(ji)術(shu)的(de)原理示(shi)意圖(tu)如圖(tu)1所示(shi)，是利用ar＋在電、磁混(hun)合場協同(tong)條件下(xia)(xia)加(jia)速并轟(hong)擊(ji)靶材，促使(shi)表面(mian)原子逸出(chu)產生濺(jian)射，進而在基(ji)底表面(mian)沉積形成(cheng)膜(mo)層(ceng)。MS技(ji)(ji)術(shu)可實(shi)現低溫、低氣(qi)壓環境下(xia)(xia)高速、大面(mian)積的(de)鍍膜(mo)，且(qie)具有設備投入小、操控(kong)方便、基(ji)體(ti)損傷小和膜(mo)層(ceng)結合力(li)強等優勢，已(yi)成(cheng)為工業鍍膜(mo)的(de)主要技(ji)(ji)術(shu)之一，目前廣(guang)泛用于材料表面(mian)改性和新鍍層(ceng)的(de)開發應用[7-11]。

圖(tu) １　磁控濺射(she)原理(li)示意圖(tu) ［７］

Ｆｉｇ． １　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ［７］

鋯合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)MS技術(shu)主要(yao)圍繞成分及(ji)濺射(she)參(can)數(shu)對(dui)(dui)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)高(gao)溫(wen)抗氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響展開。sidelev等(deng)[12]采(cai)(cai)用(yong)Ms技術(shu)，在(zai)(zai)(zai)Zr-1nb合(he)金(jin)上沉(chen)積了(le)(le)厚(hou)度(du)約為(wei)2μm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不同Ni、Cr含(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ni-Cr涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，并(bing)對(dui)(dui)其進行633K氣(qi)相氫化(hua)(hua)(hua)(hua)試(shi)驗和(he)(he)(he)1173～1373K的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)試(shi)驗。結果(guo)表(biao)(biao)明(ming)(ming)，Ni含(han)量高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)（＞83at％）吸氫量高(gao)，涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中Cr含(han)量越高(gao)，抗氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性也越高(gao)，純Cr涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性能(neng)最好(hao)，分析(xi)認為(wei)是氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)產物Cr2o3阻止了(le)(le)氧(yang)向合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)進一步滲(shen)透。yeoM等(deng)[13]采(cai)(cai)用(yong)MS技術(shu)在(zai)(zai)(zai)Zr-4合(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)分別沉(chen)積ZrXsiy（X∶y＝1∶1，1∶2和(he)(he)(he)2∶1）涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，研究了(le)(le)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)成分和(he)(he)(he)氬氣(qi)壓力(li)對(dui)(dui)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)結構(gou)(gou)與(yu)(yu)(yu)抗氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響規律。結果(guo)表(biao)(biao)明(ming)(ming)，在(zai)(zai)(zai)0.53Pa下(xia)沉(chen)積的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Zrsi2涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)具(ju)有均(jun)勻(yun)致密的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微觀結構(gou)(gou)，且(qie)700℃時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)增(zeng)重與(yu)(yu)(yu)未濺射(she)試(shi)樣相比降低(di)了(le)(le)58％，在(zai)(zai)(zai)提高(gao)輕水堆中鋯合(he)金(jin)燃料(liao)包殼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性方面(mian)具(ju)有重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)價值，如圖2所示。王曉婧等(deng)[14]在(zai)(zai)(zai)鋯合(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)制(zhi)(zhi)備了(le)(le)sic/Cr復合(he)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，并(bing)利用(yong)劃痕試(shi)驗和(he)(he)(he)高(gao)溫(wen)水蒸(zheng)氣(qi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)試(shi)驗探(tan)討了(le)(le)預(yu)處理方式及(ji)MS功率參(can)數(shu)對(dui)(dui)sic/Cr復合(he)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)度(du)、與(yu)(yu)(yu)基(ji)(ji)體附著力(li)和(he)(he)(he)表(biao)(biao)面(mian)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。熱膨脹(zhang)系數(shu)結果(guo)表(biao)(biao)明(ming)(ming)，基(ji)(ji)體與(yu)(yu)(yu)sic涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)之間(jian)(jian)存在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr過渡層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)緩解了(le)(le)sic層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)(he)基(ji)(ji)體之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量級(ji)差異(yi)，可明(ming)(ming)顯降低(di)由高(gao)應力(li)所引發的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)崩落現(xian)象，同時也抑(yi)制(zhi)(zhi)了(le)(le)基(ji)(ji)體在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫(wen)水蒸(zheng)氣(qi)環境下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)(he)(he)斷裂，增(zeng)加了(le)(le)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)延展性。

圖(tu) ２　不同成分硅化鋯(gao)涂層在 ７００ ℃空氣中的氧(yang)化增量 ［１３］

Ｆｉｇ． ２　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｍａｓｓ ｇａｉｎ ｏｆ ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ａｉｒ ａｔ ７００ ℃［１３］

1.2電弧離子鍍

電弧(hu)離(li)子鍍(du)（arcionPlating，aiP）最早(zao)由MattoX于(yu)1964年(nian)公開，在(zai)(zai)70年(nian)代逐漸(jian)實(shi)用化。aiP技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)離(li)化率可達(da)90％，沉積速率較MS技(ji)術(shu)(shu)有了大幅(fu)提升(sheng)，但對于(yu)質量和性能(neng)要求較高(gao)的(de)(de)厚膜(mo)層而(er)言，其沉積速率還需(xu)進一步優化[15]。一般而(er)言，弧(hu)電流、基(ji)體偏壓(ya)、沉積氣壓(ya)、沉積溫度(du)和靶基(ji)距等工(gong)藝參數(shu)均(jun)可影響(xiang)到薄膜(mo)沉積速率。ParK等[16]利用aiP技(ji)術(shu)(shu)，在(zai)(zai)ar分壓(ya)1×10－2torr、弧(hu)電流150a、基(ji)體偏壓(ya)50v、溫度(du)473Ｋ的(de)(de)條件下，在(zai)(zai)Zr-4合金(jin)表面(mian)首次制備出可極大提高(gao)基(ji)體抗高(gao)溫氧化性和耐蝕(shi)性的(de)(de)均(jun)勻致(zhi)密的(de)(de)鍍(du)Cr層（厚度(du)約10μm）。為加快(kuai)沉積速率，胡(hu)小剛等[17]采用?155MM大弧(hu)源電弧(hu)在(zai)(zai)鋯合金(jin)表面(mian)制備出約20μm的(de)(de)Cr涂(tu)層，是目(mu)前公開的(de)(de)利用該方法(fa)所(suo)制備出的(de)(de)最厚單金(jin)屬(shu)層。

經(jing)1200℃×3600s的(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)試驗后發現，Cr膜層(ceng)(ceng)在(zai)基體表面的(de)附著性(xing)(xing)依然良好(hao)，抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)剝落(luo)性(xing)(xing)能優(you)異。此外，如Cr-al[18]、Ｆe-Cr-al[19]、MaX相(xiang)(xiang)（ti2alc、ti3alc2、Cr2alc等）[20-22]、Cr-n[23]、Cr-al-n[24]及ti-al-Cr-n[25]等合金(jin)(jin)或陶瓷涂層(ceng)(ceng)相(xiang)(xiang)繼被開(kai)發，高(gao)溫(wen)下(xia)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)過程(cheng)中，涂層(ceng)(ceng)會生成(cheng)(cheng)致密的(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)（Cr2o、Cro、Cr2o3及al2o3等），抗(kang)高(gao)溫(wen)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)能力得(de)以提(ti)升(sheng)。此外，al、Cr等合金(jin)(jin)元素(su)的(de)加(jia)入能起到細化(hua)(hua)(hua)涂層(ceng)(ceng)晶粒的(de)效果(guo)，在(zai)高(gao)溫(wen)條件下(xia)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)時所(suo)形成(cheng)(cheng)的(de)Cr、al混合氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)更(geng)加(jia)均勻致密，使得(de)o向基體的(de)擴散受阻(zu)，可進一(yi)步提(ti)高(gao)基體的(de)抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)。

近年來(lai)，科研(yan)工作(zuo)者(zhe)在aiP技術的(de)(de)(de)(de)基礎上，通過(guo)增加電弧蒸(zheng)發(fa)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)式來(lai)提(ti)高(gao)(gao)(gao)薄膜(mo)(mo)(mo)沉積(ji)速率，稱為多弧離(li)子鍍(du)。針對Zr-hｆ-Ｆe-Cr核用(yong)鋯(gao)合(he)金(jin)(jin)，吳(wu)亞文等[24]通過(guo)模擬反應堆失水(shui)事故時的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)溫氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)方(fang)(fang)法，研(yan)究了多弧離(li)子鍍(du)沉積(ji)Crtialn涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)在高(gao)(gao)(gao)溫氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)前后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)組織演變及(ji)(ji)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)增量(liang)行(xing)為，結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，Crtialn涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)在860℃和1060℃下進(jin)行(xing)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程中，依靠其(qi)形成的(de)(de)(de)(de)al2o3、Cr2o3混(hun)合(he)致(zhi)密氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物層(ceng)(ceng)減緩了涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)試樣氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程，可(ke)有效保護(hu)鋯(gao)合(he)金(jin)(jin)基體不被氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)，且經歷1h氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)后(hou)(hou)(hou)其(qi)質量(liang)增加僅(jin)為未涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)試樣的(de)(de)(de)(de)50％，表(biao)明(ming)其(qi)在鋯(gao)合(he)金(jin)(jin)包(bao)殼表(biao)面(mian)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)制(zhi)備領域中具備較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)潛力。楊振等[26]利用(yong)多弧離(li)子鍍(du)技術在Zr-4合(he)金(jin)(jin)表(biao)面(mian)制(zhi)備了al2o3涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)，經高(gao)(gao)(gao)溫高(gao)(gao)(gao)壓動水(shui)腐蝕(shi)15d后(hou)(hou)(hou)，al2o3涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)則無明(ming)顯(xian)變化(hua)(hua)(hua)(hua)，耐蝕(shi)性能較(jiao)好，但經長期高(gao)(gao)(gao)溫腐蝕(shi)后(hou)(hou)(hou)，表(biao)層(ceng)(ceng)會(hui)出現(xian)(xian)少(shao)量(liang)微裂紋，分析認為在鍍(du)膜(mo)(mo)(mo)過(guo)程中引發(fa)的(de)(de)(de)(de)殘(can)余應力降低了涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)熱穩定性，導致(zhi)耐蝕(shi)能力下降。此(ci)外，陰極弧蒸(zheng)發(fa)過(guo)程十分劇烈，會(hui)導致(zhi)膜(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)燒蝕(shi)不均而(er)出現(xian)(xian)金(jin)(jin)屬液滴(di)或微孔。科研(yan)工作(zuo)者(zhe)進(jin)一(yi)步研(yan)究發(fa)現(xian)(xian)，鍍(du)膜(mo)(mo)(mo)協(xie)同后(hou)(hou)(hou)熱處理可(ke)減少(shao)或消除鍍(du)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)殘(can)余應力與缺陷，如嚴艷芹(qin)等[27]對沉積(ji)于鋯(gao)合(he)金(jin)(jin)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)Cr/al涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)在600～800℃下進(jin)行(xing)30Min的(de)(de)(de)(de)后(hou)(hou)(hou)熱處理后(hou)(hou)(hou)發(fa)現(xian)(xian)，Cr/al涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)應力及(ji)(ji)孔隙(xi)等缺陷大(da)大(da)減少(shao)，且涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)更加平滑(hua)，明(ming)顯(xian)提(ti)高(gao)(gao)(gao)了涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)質量(liang)。

2、激光表面處理

激(ji)(ji)光(guang)(guang)表(biao)面處(chu)理（lasersurｆacetreatMent，lst）技術始于20世紀60年代，時至今日已在(zai)汽車、電(dian)力(li)、機(ji)械等(deng)行業大量應(ying)用(yong)。相較于其它表(biao)面改(gai)性(xing)手段(duan)，lst是利用(yong)高(gao)能(neng)高(gao)密(mi)度的激(ji)(ji)光(guang)(guang)束照射合金表(biao)面，表(biao)層充分(fen)吸收能(neng)量后在(zai)極(ji)短時間內液(ye)化后快速冷卻，從而改(gai)變表(biao)層物質(zhi)成(cheng)分(fen)和結構，最(zui)終達到改(gai)性(xing)效(xiao)果。lst技術具有加工速度快、熱影響區小、與(yu)基體結合力(li)強等(deng)優點[28]。目前，激(ji)(ji)光(guang)(guang)熔(rong)凝、激(ji)(ji)光(guang)(guang)熔(rong)覆、激(ji)(ji)光(guang)(guang)表(biao)面合金化等(deng)方法被廣(guang)泛應(ying)用(yong)于鋯(gao)合金的表(biao)面改(gai)性(xing)。

2.1激光熔凝

激(ji)光熔(rong)凝（laserMelting，lM）的(de)特點是無需添(tian)加額外元素，只需利用高(gao)能(neng)激(ji)光束(shu)使基體表面經歷快速熔(rong)化和高(gao)速冷(leng)卻過程，從而(er)獲取所需的(de)改性層(ceng)組織(zhi)。

利用(yong)lM技術可實現選擇性的加(jia)熱(re)和熔化(hua)，其冷卻速度可達到105～108K.s-1，對(dui)復(fu)雜形狀(zhuang)的零(ling)件具有(you)更好的普適性[29]。

lM過(guo)(guo)程相(xiang)對(dui)比較(jiao)(jiao)劇(ju)烈，常通入高(gao)(gao)(gao)純氬氣作(zuo)為保護氣氛以(yi)避(bi)免熔(rong)凝過(guo)(guo)程中的氧化(hua)。lM處理(li)后的改(gai)(gai)性(xing)(xing)層(ceng)(ceng)常為鑄(zhu)態細晶(jing)(jing)組織，通過(guo)(guo)控制(zhi)能(neng)(neng)量(liang)輸(shu)入密度(du)和(he)(he)(he)冷卻速度(du)還可獲得(de)非(fei)(fei)晶(jing)(jing)質改(gai)(gai)性(xing)(xing)層(ceng)(ceng)，且改(gai)(gai)性(xing)(xing)層(ceng)(ceng)和(he)(he)(he)熱(re)(re)影(ying)響(xiang)區(qu)會產(chan)生較(jiao)(jiao)大(da)的殘余應力。陳(chen)星等(deng)[30]通過(guo)(guo)有(you)限(xian)元軟件ansys分(fen)析了Zr65al7.5Ni10cu17.5（Zr65）非(fei)(fei)晶(jing)(jing)合(he)金(jin)(jin)lM過(guo)(guo)程中熔(rong)池和(he)(he)(he)熱(re)(re)影(ying)響(xiang)區(qu)的成形機制(zhi)，結果表明(ming)，單(dan)點熔(rong)凝時熔(rong)池和(he)(he)(he)熱(re)(re)影(ying)響(xiang)區(qu)的平均冷卻速率遠高(gao)(gao)(gao)于非(fei)(fei)晶(jing)(jing)形成所需的臨(lin)界冷卻速率。該團隊(dui)的研(yan)究證明(ming)了利用lM技術制(zhi)備出高(gao)(gao)(gao)純度(du)Zr65非(fei)(fei)晶(jing)(jing)合(he)金(jin)(jin)的可能(neng)(neng)性(xing)(xing)，這對(dui)于表面(mian)硬度(du)及耐磨性(xing)(xing)等(deng)性(xing)(xing)能(neng)(neng)亟(ji)待提升的鋯(gao)合(he)金(jin)(jin)來說尤為重(zhong)要。yao等(deng)[31]采用連續co2激(ji)光(guang)器，在(zai)工作(zuo)功率1．2ｋW、激(ji)光(guang)束直徑?2MM、掃描速度(du)2MM/s的條件下對(dui)Zr-ti合(he)金(jin)(jin)表面(mian)進行lM處理(li)，研(yan)究發現(xian)熔(rong)凝區(qu)組織較(jiao)(jiao)母材明(ming)顯(xian)細化(hua)和(he)(he)(he)均勻，大(da)量(liang)20～50nM的亞穩六方ω相(xiang)均勻分(fen)布在(zai)β基體中，熔(rong)凝區(qu)的顯(xian)微硬度(du)和(he)(he)(he)彈性(xing)(xing)模量(liang)較(jiao)(jiao)基體區(qu)分(fen)別提高(gao)(gao)(gao)了92.9％和(he)(he)(he)21.78％，表面(mian)性(xing)(xing)能(neng)(neng)提升效果顯(xian)著。Ji等(deng)[32]對(dui)Zr-5ti合(he)金(jin)(jin)進行lM處理(li)后發現(xian)，熔(rong)凝區(qu)的α晶(jing)(jing)粒明(ming)顯(xian)細化(hua)，高(gao)(gao)(gao)晶(jing)(jing)界密度(du)不(bu)僅提升了表面(mian)硬度(du)，同(tong)時也降低(di)了材料的點蝕(shi)敏感性(xing)(xing)。

chai課題組[33-35]近年利(li)用nd-yag脈(mo)沖激(ji)光(guang)對(dui)Zr702和(he)Zr2.5nb等常用鋯(gao)合金(jin)進(jin)行了(le)lM處(chu)(chu)(chu)理(li)，并對(dui)lM處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)截(jie)面(mian)相組成及組織演變過(guo)程進(jin)行了(le)深入的(de)(de)(de)(de)表(biao)征和(he)分(fen)析。該團(tuan)隊(dui)(dui)研(yan)究后(hou)(hou)首(shou)次發現，對(dui)Zr702合金(jin)進(jin)行特定參數的(de)(de)(de)(de)lM處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)(hou)，在(zai)熔凝(ning)區會出現高(gao)(gao)(gao)密(mi)度(du)的(de)(de)(de)(de)型納(na)米(mi)(mi)孿(luan)(luan)晶(jing)[35]；而Zr2.5nb合金(jin)lM后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)近表(biao)層還會出現納(na)米(mi)(mi)級板(ban)(ban)條(tiao)(tiao)環繞亞微米(mi)(mi)級板(ban)(ban)條(tiao)(tiao)的(de)(de)(de)(de)核-殼(ke)型雙峰板(ban)(ban)條(tiao)(tiao)結(jie)構[36]。該研(yan)究團(tuan)隊(dui)(dui)證(zheng)實了(le)lM處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)(hou)除晶(jing)粒細化外，產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)表(biao)層高(gao)(gao)(gao)密(mi)度(du)納(na)米(mi)(mi)孿(luan)(luan)晶(jing)和(he)元素固(gu)溶(rong)對(dui)基體表(biao)面(mian)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)提升也有重要(yao)貢獻。針對(dui)Zr系合金(jin)lM過(guo)程中所產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)殘(can)余應(ying)力，楊膠溪等[37]通過(guo)激(ji)光(guang)與后(hou)(hou)熱處(chu)(chu)(chu)理(li)協同的(de)(de)(de)(de)方(fang)式對(dui)Zr1nb合金(jin)進(jin)行了(le)工(gong)藝優化。結(jie)果表(biao)明，當在(zai)150W激(ji)光(guang)功(gong)率(lv)下處(chu)(chu)(chu)理(li)時(shi)，可顯著提高(gao)(gao)(gao)Zr1nb合金(jin)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)溫耐蝕性(xing)能(neng)，且(qie)顯微硬(ying)度(du)可提高(gao)(gao)(gao)80hv，隨后(hou)(hou)在(zai)475℃退火條(tiao)(tiao)件下，硬(ying)度(du)雖減小(xiao)了(le)約(yue)20hv，但組織更(geng)加均勻，在(zai)有效(xiao)調控殘(can)余應(ying)力的(de)(de)(de)(de)同時(shi)獲得了(le)優良的(de)(de)(de)(de)綜(zong)合力學(xue)性(xing)能(neng)。

2.2激光熔覆

激光(guang)熔覆(fu)（lasercladding，lc）是(shi)基于高能激光(guang)束在基材表(biao)面形(xing)成(cheng)熔池，熔覆(fu)材料(liao)層吸(xi)收能量(liang)后液化并(bing)與基體(ti)發(fa)生(sheng)冶金結合(he)，隨后二(er)者發(fa)生(sheng)快速的液-固轉變(bian)形(xing)成(cheng)包覆(fu)層，按照熔覆(fu)材料(liao)的放置(zhi)方式可(ke)分(fen)為(wei)預置(zhi)式和(he)同(tong)步式。lc方法所獲得的熔覆(fu)層稀釋(shi)度小，組(zu)織致密(mi)，可(ke)明顯(xian)改善鋯合(he)金的耐(nai)磨和(he)耐(nai)蝕性等(deng)表(biao)面性能。

但是，因(yin)為lc材(cai)料與(yu)基材(cai)之間大(da)都存在(zai)熱膨(peng)脹系(xi)數差，加之本技術冷卻(que)速度較快，易在(zai)熔(rong)覆(fu)層(ceng)產生氣孔與(yu)應力開裂現象，因(yin)此在(zai)熔(rong)覆(fu)前(qian)后大(da)都進行(xing)預熱及后熱處理ＫiM等(deng)[38]和Jung等(deng)[39]利用(yong)lc方法在(zai)Zr-4合(he)金(jin)(jin)表面制(zhi)(zhi)備(bei)了(le)厚為140μm、y2o3顆粒尺寸(cun)約20nM的(de)氧(yang)化(hua)物彌散強(qiang)(qiang)化(hua)結構熔(rong)覆(fu)層(ceng)。由于y2o3粒子分布均勻，加之氧(yang)化(hua)物的(de)彌散強(qiang)(qiang)化(hua)作用(yong)，經lc處理后的(de)Zr-4合(he)金(jin)(jin)管在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)（380℃和500℃）的(de)抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度與(yu)未處理試(shi)樣(yang)相比提高(gao)了(le)10％～20％，抗(kang)壓強(qiang)(qiang)度也提升了(le)15％以上。馬(ma)建光等(deng)[40]利用(yong)預置tin粉(fen)末的(de)方式在(zai)Zr-4合(he)金(jin)(jin)表面進行(xing)了(le)lc處理，并制(zhi)(zhi)備(bei)出了(le)由tin、Zrn、Zro2和tiZrn2等(deng)硬質陶瓷相所組成的(de)熔(rong)覆(fu)層(ceng)。

在(zai)磨(mo)損(sun)測試中，細小均(jun)勻的(de)硬(ying)質復(fu)合(he)(he)陶瓷(ci)相(xiang)組(zu)織通過(guo)釘扎阻斷(duan)了(le)磨(mo)痕(hen)的(de)繼續發(fa)展，而陶瓷(ci)相(xiang)周圍(wei)存(cun)在(zai)的(de)韌性相(xiang)可起到協調(diao)變形作用(yong)，能(neng)有效(xiao)避免摩擦裂(lie)紋的(de)產生，進而提(ti)高合(he)(he)金(jin)的(de)耐(nai)磨(mo)損(sun)性能(neng)。近年(nian)來，在(zai)全新合(he)(he)金(jin)設計理念的(de)驅動下，研究學者設計出了(le)具有獨特合(he)(he)金(jin)相(xiang)結構和優(you)異(yi)的(de)抗拉強度、耐(nai)蝕及抗斷(duan)裂(lie)等(deng)性能(neng)的(de)中、高熵合(he)(he)金(jin)。自2010年(nian)開始(shi)，

科研工作者開始(shi)探索利用lc方法制備(bei)中(zhong)、高熵合(he)(he)(he)金(jin)(jin)，并嘗試將其熔(rong)覆(fu)(fu)在鋼、鈦和(he)銅等合(he)(he)(he)金(jin)(jin)表面，以提(ti)(ti)高硬度、耐磨(mo)、耐蝕及抗氧化性(xing)[41-42]。2020年，chai課(ke)題(ti)組(zu)[43]率先利用lc方法在Zr702合(he)(he)(he)金(jin)(jin)表面成功(gong)制備(bei)出厚度在300～800μm的(de)中(zhong)熵合(he)(he)(he)金(jin)(jin)涂(tu)層(ceng)(ceng)（nbtiZr和(he)nbtatiZr涂(tu)層(ceng)(ceng)），研究發現(xian)其所熔(rong)覆(fu)(fu)的(de)中(zhong)熵合(he)(he)(he)金(jin)(jin)層(ceng)(ceng)由單一(yi)的(de)bcc相構(gou)成，且熔(rong)覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)硬度更是增(zeng)加至基體硬度的(de)2.8倍，性(xing)能提(ti)(ti)升效果(guo)明顯。該課(ke)題(ti)組(zu)對中(zhong)、高熵熔(rong)覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)研究有望進一(yi)步提(ti)(ti)升鋯合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在核反應(ying)堆內應(ying)對復雜、嚴苛工況的(de)能力(li)，大幅增(zeng)加核反應(ying)堆運行的(de)安全性(xing)。

2.3激光表面合(he)金化

激光(guang)表面合(he)金(jin)化(hua)（lasersurｆacealloying，lsa）是利(li)用具(ju)有高能(neng)高密度的(de)激光(guang)束照射(she)合(he)金(jin)表面，表層充分(fen)吸(xi)收能(neng)量后在極短(duan)時間(jian)(jian)內液化(hua)并與其它外加(jia)元(yuan)素(su)熔合(he)形成新(xin)的(de)表面合(he)金(jin)層，具(ju)有合(he)金(jin)化(hua)元(yuan)素(su)范圍寬(kuan)、加(jia)工(gong)速度快、熱(re)影響區小(xiao)、與基體結合(he)力強、可實現(xian)精準化(hua)控制(zhi)及非(fei)接觸式的(de)局(ju)部處理等優點[44]。與lc的(de)物理冶金(jin)結合(he)相比，lsa過程中(zhong)還存在基材與外加(jia)元(yuan)素(su)之間(jian)(jian)的(de)化(hua)學作(zuo)用。新(xin)合(he)金(jin)層具(ju)有比基材更好的(de)耐(nai)磨和(he)耐(nai)腐(fu)蝕等性(xing)能(neng)。此外，激光(guang)功率、光(guang)斑尺寸(cun)和(he)掃(sao)描(miao)速度及預熱(re)、后熱(re)處理等工(gong)藝之間(jian)(jian)的(de)配合(he)決定了合(he)金(jin)層的(de)質(zhi)量優劣。

lee等(deng)(deng)(deng)[45]和(he)(he)張立(li)杰(jie)等(deng)(deng)(deng)[46]利用(yong)lsa方法對(dui)Zr-4合(he)(he)(he)金(jin)(jin)開展(zhan)了(le)nb合(he)(he)(he)金(jin)(jin)化(hua)(hua)研(yan)究(jiu)，結果(guo)(guo)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)，在(zai)基(ji)(ji)材表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)預(yu)鍍(du)nb膜后(hou)再進(jin)行(xing)(xing)不同(tong)功(gong)(gong)率(lv)(lv)的(de)lsa，可(ke)(ke)大幅提(ti)升(sheng)(sheng)其(qi)(qi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)顯微(wei)(wei)(wei)硬(ying)(ying)度(du)和(he)(he)局部耐蝕(shi)(shi)(shi)性。如lee等(deng)(deng)(deng)[45]的(de)研(yan)究(jiu)發(fa)現(xian)，Zr-4合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)較(jiao)(jiao)高激(ji)光(guang)功(gong)(gong)率(lv)(lv)下可(ke)(ke)形成(cheng)更深更大的(de)熔池(chi)，表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)層(ceng)主要(yao)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)現(xian)為(wei)(wei)α-Zr和(he)(he)β-Zr的(de)雙相(xiang)組(zu)(zu)織。由于nb的(de)固(gu)溶(rong)強化(hua)(hua)和(he)(he)細晶強化(hua)(hua)作用(yong)，使(shi)Zr-4合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)顯微(wei)(wei)(wei)硬(ying)(ying)度(du)得以提(ti)升(sheng)(sheng)，且有(you)(you)效(xiao)改善了(le)其(qi)(qi)在(zai)氯化(hua)(hua)物溶(rong)液中抗局部腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)能(neng)力。然(ran)而(er)，含nb合(he)(he)(he)金(jin)(jin)改性層(ceng)降(jiang)(jiang)低(di)了(le)Zr-4合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)400℃蒸(zheng)汽中耐蝕(shi)(shi)(shi)性，他們認為(wei)(wei)這與(yu)β-Zr和(he)(he)Zr的(de)氫化(hua)(hua)物有(you)(you)關。張立(li)杰(jie)等(deng)(deng)(deng)[46]通過(guo)2000sM型快速軸(zhou)流co2激(ji)光(guang)器對(dui)Zr-4合(he)(he)(he)金(jin)(jin)進(jin)行(xing)(xing)激(ji)光(guang)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)nb合(he)(he)(he)金(jin)(jin)化(hua)(hua)，發(fa)現(xian)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)層(ceng)的(de)微(wei)(wei)(wei)觀組(zu)(zu)織由α-Zr和(he)(he)由β-Zr析(xi)出(chu)的(de)密排六方相(xiang)共同(tong)組(zu)(zu)成(cheng)，極(ji)化(hua)(hua)曲線(xian)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)其(qi)(qi)在(zai)h2so4溶(rong)液（1Mol/l）中的(de)電極(ji)電位較(jiao)(jiao)基(ji)(ji)體有(you)(you)明(ming)顯提(ti)高。chen等(deng)(deng)(deng)[47-48]以預(yu)先刷鍍(du)Cr的(de)商(shang)業(ye)純(chun)Zr板(ban)材為(wei)(wei)研(yan)究(jiu)對(dui)象(xiang)，采用(yong)nd-yag激(ji)光(guang)器對(dui)其(qi)(qi)進(jin)行(xing)(xing)lsa處(chu)理(li)，通過(guo)調控激(ji)光(guang)功(gong)(gong)率(lv)(lv)參數實(shi)現(xian)了(le)cP-Zr的(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)Cr合(he)(he)(he)金(jin)(jin)化(hua)(hua)。研(yan)究(jiu)發(fa)現(xian)在(zai)經激(ji)光(guang)功(gong)(gong)率(lv)(lv)為(wei)(wei)200W的(de)lsa處(chu)理(li)后(hou)的(de)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)出(chu)現(xian)了(le)5種不同(tong)微(wei)(wei)(wei)觀結構(gou)的(de)區(qu)域，包含等(deng)(deng)(deng)軸(zhou)組(zu)(zu)織和(he)(he)柱狀(zhuang)組(zu)(zu)織兩個(ge)重(zhong)熔區(qu)、馬(ma)氏體板(ban)條和(he)(he)馬(ma)氏體板(ban)條＋塊狀(zhuang)α晶粒兩個(ge)固(gu)態(tai)相(xiang)變(bian)區(qu)、未(wei)變(bian)化(hua)(hua)基(ji)(ji)體區(qu)。基(ji)(ji)于Cr在(zai)α-Zr中的(de)固(gu)溶(rong)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)和(he)(he)晶粒細化(hua)(hua)，合(he)(he)(he)金(jin)(jin)層(ceng)的(de)最大硬(ying)(ying)度(du)可(ke)(ke)達約468hv，較(jiao)(jiao)基(ji)(ji)體提(ti)升(sheng)(sheng)了(le)約2.4倍(bei)。yang等(deng)(deng)(deng)[49]首先對(dui)Zr-nb合(he)(he)(he)金(jin)(jin)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)進(jin)行(xing)(xing)微(wei)(wei)(wei)弧氧化(hua)(hua)Zro2，隨后(hou)開展(zhan)lsa處(chu)理(li)并進(jin)行(xing)(xing)了(le)高溫腐蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)測試，結果(guo)(guo)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)lsa處(chu)理(li)后(hou)可(ke)(ke)以降(jiang)(jiang)低(di)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙度(du)和(he)(he)提(ti)高預(yu)氧化(hua)(hua)膜的(de)致密性，在(zai)預(yu)置氧化(hua)(hua)膜的(de)外表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)形成(cheng)了(le)致密的(de)阻(zu)擋層(ceng)，在(zai)高壓釜(fu)中腐蝕(shi)(shi)(shi)94天后(hou)，lsa試樣腐蝕(shi)(shi)(shi)增(zeng)量明(ming)顯降(jiang)(jiang)低(di)，耐高溫腐蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)顯著提(ti)高。

本課題組近(jin)年(nian)利用(yong)nd-yag脈沖激光器對(dui)Zr702[50]和(he)(he)Zrtialv[51]等合(he)(he)金(jin)進行(xing)了激光氣體氮化(hua)（lasergasNitriding，lgn）處(chu)理，并(bing)較(jiao)為深(shen)入的(de)(de)表征和(he)(he)分析了lgn處(chu)理后(hou)的(de)(de)截面組織和(he)(he)性能演變。圖3為Zrtialv合(he)(he)金(jin)在不(bu)(bu)同(tong)激光功率參(can)數(shu)下(xia)重(zhong)熔(rong)區(qu)、熱(re)影響區(qu)（aaZ）的(de)(de)微觀形貌及厚度(du)(du)(du)(du)，可(ke)以看到當激光功率從120W逐(zhu)漸增加到240W時(shi)(shi)，重(zhong)熔(rong)區(qu)和(he)(he)熱(re)影響區(qu)的(de)(de)厚度(du)(du)(du)(du)逐(zhu)漸增加，重(zhong)熔(rong)區(qu)厚度(du)(du)(du)(du)可(ke)達934μm，且氮化(hua)物枝晶越發致密，這與(yu)逐(zhu)漸增加的(de)(de)能量密度(du)(du)(du)(du)輸入導(dao)致熔(rong)池深(shen)度(du)(du)(du)(du)增加和(he)(he)合(he)(he)金(jin)化(hua)反應劇烈程度(du)(du)(du)(du)增大有關。Zrtialv合(he)(he)金(jin)經lgn處(chu)理后(hou)的(de)(de)顯微硬(ying)度(du)(du)(du)(du)分布(bu)如(ru)圖4所示，激光功率為240W時(shi)(shi)，重(zhong)熔(rong)區(qu)具有最高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)顯微硬(ying)度(du)(du)(du)(du)（約934hv），高(gao)(gao)(gao)致密高(gao)(gao)(gao)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)陶(tao)瓷Zrn/tin枝晶對(dui)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)提升(sheng)起(qi)到了關鍵作用(yong)，同(tong)時(shi)(shi)發現在不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)激光參(can)數(shu)下(xia)，熱(re)影響區(qu)的(de)(de)顯微硬(ying)度(du)(du)(du)(du)差別(bie)不(bu)(bu)大，造成微小差異的(de)(de)原因為α板條寬度(du)(du)(du)(du)和(he)(he)β相含量的(de)(de)改(gai)變。

圖 ３　ＺｒＴｉＡｌＶ 合金在不(bu)同(tong)激(ji)光(guang)功率下的橫截面微觀(guan)組織

（ａ）２４０ Ｗ；（ｂ）１８０ Ｗ；（ｃ）１２０ Ｗ；（ｄ）各區(qu)域厚(hou)度 ［５１］

Ｆｉｇ． ３　Ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＺｒＴｉＡＩＶ ａｌｌｏｙ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｌａｓｅｒ ｐｏｗｅｒｓ

（ａ） １２０ Ｗ； （ｂ） １８０ Ｗ； （ｃ） ２４０ Ｗ； （ｄ） ａｖｅｒａｇｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ＲＭＺ ａｎｄ ＨＡＺ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｓｅｒ ｐｏｗｅｒ ［５１］

圖(tu) ４　不同(tong)激光功率下 ＺｒＴｉＡｌＶ 合金的顯微硬度分(fen)布 ［５１］

Ｆｉｇ． ４　Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｚｒ

需要注意(yi)的(de)(de)(de)是(shi)，經lst處理(li)后(hou)所得到的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)改(gai)性層(ceng)(ceng)組(zu)(zu)(zu)(zu)織中既(ji)存(cun)在(zai)位錯、晶格(ge)畸變以及(ji)非平衡晶界等不穩定(ding)(ding)因素，也(ye)存(cun)在(zai)激光誘(you)導殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力場，處于熱(re)力學亞(ya)穩狀態(tai)[52-53]。后(hou)熱(re)處理(li)過程雖(sui)可消除或降低殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力，但極易(yi)改(gai)變表面(mian)(mian)改(gai)性層(ceng)(ceng)及(ji)基體的(de)(de)(de)相組(zu)(zu)(zu)(zu)成與組(zu)(zu)(zu)(zu)織結(jie)構(gou)，進(jin)而改(gai)變材料的(de)(de)(de)整(zheng)體性能[54-55]。因此，協(xie)調熱(re)作用(yong)過程中表面(mian)(mian)改(gai)性層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性與基體組(zu)(zu)(zu)(zu)織性能之間的(de)(de)(de)關系(xi)，實現(xian)激光誘(you)導殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力與表面(mian)(mian)改(gai)性層(ceng)(ceng)和基體組(zu)(zu)(zu)(zu)織的(de)(de)(de)協(xie)同優化，對獲取組(zu)(zu)(zu)(zu)織結(jie)構(gou)優異的(de)(de)(de)高穩定(ding)(ding)表面(mian)(mian)改(gai)性鋯基合金，促進(jin)其在(zai)特殊環境中的(de)(de)(de)工業化應(ying)(ying)用(yong)具有重要的(de)(de)(de)理(li)論價值，也(ye)是(shi)今后(hou)需要開展的(de)(de)(de)研(yan)究方(fang)向。

3、陽極氧化和微弧氧化

鋯(gao)合金的陽極(ji)氧化（anodicoXidation，ao）是將基材置入恰當(dang)的電(dian)解液(ye)中作為(wei)陽極(ji)，在外加(jia)電(dian)流(liu)作用(yong)下，使其表面發生(sheng)(sheng)氧化反應并(bing)生(sheng)(sheng)成具有一(yi)定厚度(du)的致密氧化膜，從而提升合金的耐磨和耐蝕性等表面性能。ao原理(li)示意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)5所示，核(he)心是利用(yong)缺陷機制并(bing)通過(guo)氧的遷移實現整(zheng)個過(guo)程，鋯(gao)的陽極(ji)氧化電(dian)化學反應為(wei)：

陽極：Zr＋2h2o＝Zro2＋4h＋＋4e－

陰極：2h＋＋2e－＝h2

圖 ５　陽極(ji)氧化(hua)原理示意(yi)圖

Ｆｉｇ． ５　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ

徐榮清等(deng)[56]分別(bie)在(zai)(zai)(zai)無機水(shui)溶(rong)液(ye)和(he)有機水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)對(dui)(dui)純鋯(gao)進行ao處(chu)理(li)(li)(li)，并(bing)對(dui)(dui)制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)納米管(guan)進行了(le)比(bi)較(jiao)研究。結(jie)果(guo)表明，在(zai)(zai)(zai)有機水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)可(ke)制(zhi)(zhi)備(bei)出(chu)直徑為(wei)?0.2μm的(de)(de)(de)非晶態氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)納米管(guan)，經(jing)(jing)400℃退火(huo)后(hou)，無定(ding)型的(de)(de)(de)非晶態可(ke)轉換(huan)為(wei)單(dan)斜＋四方(fang)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)相。與經(jing)(jing)無機水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)ao處(chu)理(li)(li)(li)相比(bi)，純鋯(gao)表面在(zai)(zai)(zai)有機溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)制(zhi)(zhi)備(bei)出(chu)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)納米管(guan)排列緊密且(qie)管(guan)壁光滑、均勻。李玲等(deng)[57]在(zai)(zai)(zai)含(han)有丙三醇(chun)和(he)nh4Ｆ的(de)(de)(de)水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)利用ao方(fang)法(fa)在(zai)(zai)(zai)Zr-17nb合(he)(he)金表面制(zhi)(zhi)備(bei)出(chu)了(le)規(gui)律(lv)排布的(de)(de)(de)納米管(guan)陣列，在(zai)(zai)(zai)對(dui)(dui)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)、形貌(mao)和(he)成(cheng)分進行了(le)詳細研究后(hou)發(fa)現(xian)在(zai)(zai)(zai)70v的(de)(de)(de)外(wai)加恒(heng)定(ding)電壓條件下，ao過程中(zhong)(zhong)Zr和(he)nb的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)溶(rong)解速(su)率相同(tong)。在(zai)(zai)(zai)經(jing)(jing)450℃退火(huo)后(hou)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)膜層由二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)和(he)鈮鋯(gao)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)組成(cheng)。性(xing)能測試結(jie)果(guo)表明，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)膜層具(ju)有較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)彈性(xing)模(mo)量(liang)(liang)和(he)較(jiao)高的(de)(de)(de)硬度，且(qie)表面水(shui)接觸(chu)角(jiao)較(jiao)小(xiao)，可(ke)呈現(xian)出(chu)更(geng)好的(de)(de)(de)親(qin)水(shui)性(xing)能。soWa等(deng)[58]研究了(le)硫(liu)(liu)酸溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)Zr的(de)(de)(de)恒(heng)流陽(yang)極(ji)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)對(dui)(dui)表面化(hua)(hua)(hua)學成(cheng)分和(he)耐(nai)蝕性(xing)能的(de)(de)(de)影響。結(jie)果(guo)表明，ao處(chu)理(li)(li)(li)后(hou)可(ke)在(zai)(zai)(zai)表面形成(cheng)硫(liu)(liu)酸氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)。研究發(fa)現(xian)，在(zai)(zai)(zai)電壓為(wei)80v時表面硫(liu)(liu)含(han)量(liang)(liang)最(zui)高，當電壓高于(yu)80v時形成(cheng)的(de)(de)(de)陽(yang)極(ji)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層所具(ju)有的(de)(de)(de)硫(liu)(liu)含(han)量(liang)(liang)降低(di)，并(bing)提高了(le)表面的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)能。

微弧氧化（MiCroarcoXidation，Mao）法是(shi)將(jiang)鋯(gao)或鋯(gao)合金放(fang)在(zai)強電(dian)場的電(dian)解液中(zhong)，作(zuo)為陽極的Zr金屬或合金表面在(zai)強電(dian)壓作(zuo)用下使(shi)局(ju)部產生(sheng)(sheng)高溫(wen)高壓，Zr或合金元素原子與溶(rong)液中(zhong)的o結合生(sheng)(sheng)成陶瓷(ci)氧化物膜(mo)層。與ad方(fang)(fang)法相比，Mao方(fang)(fang)法具(ju)有大電(dian)壓、大電(dian)流的特點(dian)，且溶(rong)解速度更加快(kuai)速，具(ju)體(ti)對(dui)比如表1所示。

薛文斌(bin)等[59]采用交流Mao法在Zr5.62re合(he)(he)金表(biao)面(mian)制備出雙層結(jie)構（內層以Zro2為主(zhu)(zhu)，外層以sio2為主(zhu)(zhu)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)陶(tao)瓷膜(mo)，致密性(xing)高(gao)且厚度(du)可達約(yue)240μm。與未經Mao處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)試樣(yang)相比，具有致密陶(tao)瓷膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Zr5.62re合(he)(he)金，其自腐蝕(shi)電(dian)(dian)位可增加至－0.185v，同(tong)時(shi)自腐蝕(shi)電(dian)(dian)流密度(du)降(jiang)低(di)了約(yue)10倍，耐(nai)蝕(shi)性(xing)能(neng)優化明顯(xian)。Zou等[60]以Zr-1nb合(he)(he)金為研究對象(xiang)，探討了Mao電(dian)(dian)壓(ya)(ya)對表(biao)面(mian)保護膜(mo)組織(zhi)和性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。結(jie)果表(biao)明，放(fang)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)不會影響到(dao)表(biao)面(mian)氧化膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相組成(cheng)(cheng)，均由單斜相Zro2和四方相Zro2組成(cheng)(cheng)，但(dan)單斜相Zro2的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量遠高(gao)于四方相Zro2。硬(ying)度(du)測(ce)試結(jie)果證實，經Mao處(chu)理后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)硬(ying)度(du)約(yue)570hv，是基(ji)體硬(ying)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)約(yue)2.3倍，而極化曲線(xian)和阻抗結(jie)果顯(xian)示(shi)，Mao處(chu)理試樣(yang)具有較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)電(dian)(dian)流密度(du)和較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)阻抗。阻抗結(jie)果及分析說明，在Zr-1nb合(he)(he)金中，Mao膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內致密層能(neng)顯(xian)著提高(gao)合(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)。

作(zuo)為一(yi)種新型的表面(mian)處理技術，Mao方(fang)法具有對(dui)材料(liao)的適應性較寬、對(dui)基底材料(liao)熱(re)(re)輸入小、操作(zuo)簡單、占地面(mian)積小、無污染(ran)和(he)生產效率高(gao)等優(you)勢(shi)，在航空(kong)航天和(he)電子機械等領域的應用前景巨大。但本方(fang)法所需(xu)的氧化電壓極高(gao)，且電解液(ye)的溫升快，對(dui)熱(re)(re)交(jiao)換設備(bei)和(he)操作(zuo)過程要求較高(gao)，工(gong)藝和(he)設備(bei)還需(xu)進一(yi)步(bu)優(you)化和(he)改(gai)善[61]。

4、離子注入

離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)（ioniMPlantation，ion）法發展(zhan)于20世紀70年(nian)代，是在(zai)超高電壓下，將(jiang)所(suo)需元(yuan)素(su)原子(zi)在(zai)離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)機中電離(li)加速，獲得(de)較高的能量后(hou)注(zhu)入(ru)到基(ji)材表(biao)面的一種(zhong)改性技術[62]，其原理示意圖如圖6所(suo)示。

圖(tu) ６　離子注入原理示意圖(tu)

Ｆｉｇ． ６　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ

前(qian)期，彭德全等[63-64]利用(yong)ion法開展了大量的(de)(de)(de)諸如Mo、la等離(li)子對鋯或鋯合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)抗(kang)高(gao)(gao)溫氧(yang)化(hua)(hua)性(xing)(xing)能及腐(fu)蝕(shi)(shi)行(xing)為等影(ying)響的(de)(de)(de)研究，并證實了恰當(dang)(dang)(dang)地(di)選擇Mo、la等離(li)子注(zhu)入(ru)(ru)量能明(ming)(ming)(ming)顯優(you)(you)化(hua)(hua)其表(biao)(biao)面(mian)性(xing)(xing)能。針(zhen)對純Zr和(he)Zr-4合(he)(he)金(jin)，Peng等[65-66]探索了y、ce、la等不同(tong)離(li)子注(zhu)入(ru)(ru)對其耐(nai)蝕(shi)(shi)和(he)氧(yang)化(hua)(hua)性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影(ying)響。XPs結(jie)果(guo)顯示，基(ji)材表(biao)(biao)面(mian)氧(yang)化(hua)(hua)物主要以y2o3、ce2o3和(he)la2o3為主。研究表(biao)(biao)明(ming)(ming)(ming)當(dang)(dang)(dang)注(zhu)入(ru)(ru)1×1016～1×1017ions/cM2劑量的(de)(de)(de)y和(he)ce時(shi)，均能明(ming)(ming)(ming)顯改善(shan)Zr-4合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)性(xing)(xing)能，當(dang)(dang)(dang)y＋la注(zhu)入(ru)(ru)量為5×1016ions/cM2時(shi)，自腐(fu)蝕(shi)(shi)電流(liu)密度最低，y2o3和(he)la2o3能起到明(ming)(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)阻(zu)隔和(he)氧(yang)化(hua)(hua)保護(hu)作用(yong)。陳(chen)小文等[67]研究了鋯在(zai)y離(li)子注(zhu)入(ru)(ru)后(hou)的(de)(de)(de)動電位極化(hua)(hua)曲線(xian)，發(fa)現y離(li)子注(zhu)入(ru)(ru)后(hou)能在(zai)試樣(yang)表(biao)(biao)面(mian)形成(cheng)以Zro2和(he)y2o3為主的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)膜，這顯著(zhu)降低了鋯在(zai)不同(tong)Ph值溶液中的(de)(de)(de)自腐(fu)蝕(shi)(shi)電流(liu)密度，耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能優(you)(you)化(hua)(hua)明(ming)(ming)(ming)顯。分(fen)析原因是由于(yu)氧(yang)化(hua)(hua)物顆(ke)粒(li)均勻(yun)彌散(san)在(zai)鋯的(de)(de)(de)表(biao)(biao)層，減緩了鋯基(ji)體的(de)(de)(de)溶解與擴散(san)，進而使腐(fu)蝕(shi)(shi)速度下降。sharMa等[68]嘗試將n＋離(li)子注(zhu)入(ru)(ru)到Zr55cu30Ni5al10非(fei)晶合(he)(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)，他們發(fa)現離(li)子注(zhu)入(ru)(ru)N后(hou)會使表(biao)(biao)面(mian)成(cheng)分(fen)和(he)化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)結(jie)構發(fa)生變化(hua)(hua)，并形成(cheng)新的(de)(de)(de)亞穩(wen)態Zrn和(he)Zro2化(hua)(hua)合(he)(he)物和(he)合(he)(he)金(jin)層。同(tong)時(shi)，顯著(zhu)提高(gao)(gao)了Zr55cu30Ni5al10非(fei)晶合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)和(he)熱穩(wen)定等性(xing)(xing)能。

Ion法(fa)突破了(le)(le)傳(chuan)統冶金(jin)的(de)規律，使(shi)很難互溶的(de)金(jin)屬形(xing)成了(le)(le)新的(de)合(he)金(jin)相，增強(qiang)了(le)(le)耐蝕、抗磨性能(neng)，并增加了(le)(le)合(he)金(jin)的(de)使(shi)用壽命。但本(ben)方法(fa)易產生離子輻照(zhao)損傷(shang)，形(xing)成高濃度的(de)空位團，而在后(hou)續的(de)退(tui)火過程(cheng)中也(ye)不易被消除(chu)。當離子注(zhu)入劑量足夠高時，損傷(shang)區域的(de)重疊(die)還會導致非(fei)晶化現象。離子輻照(zhao)損傷(shang)的(de)機理及優化研究是當前研究的(de)熱點之一。

5、其它表面改性方法

近年來，高壓釜預膜、化(hua)學鍍、冷噴涂、噴丸和表面(mian)復(fu)合(he)(he)處(chu)理(li)等技(ji)術也應用在鋯及鋯合(he)(he)金的表面(mian)改性過程(cheng)中，并取得(de)了豐碩(shuo)的研究成果。

5.1高壓釜預膜

高壓釜預膜(mo)法在(zai)鋯合金(jin)中(zhong)的(de)(de)應用起步(bu)較(jiao)早。該方法是將鋯合金(jin)工(gong)件表面(mian)預先進行(xing)酸洗處理，隨(sui)后(hou)放入存有過熱蒸汽的(de)(de)高壓釜內(nei)，一定(ding)時間(jian)后(hou)可(ke)在(zai)表面(mian)形(xing)成一層致密的(de)(de)四方相(xiang)(xiang)與單斜(xie)相(xiang)(xiang)混雜的(de)(de)Zro2氧化膜(mo)[69]。

張(zhang)小帆(fan)等[70]采(cai)用高壓釜預膜在(zai)鉭(tan)管(guan)與Zr-4合金的焊縫處(chu)制備(bei)了一層(ceng)大約1μm厚的致密黑色(se)氧(yang)化(hua)膜，并(bing)對其在(zai)熔融Pbbi合金中(zhong)進行(xing)長(chang)達100h的腐蝕試驗。

結果表(biao)(biao)明(ming)，與未預(yu)(yu)生(sheng)膜(mo)的(de)試樣相(xiang)比，經(jing)預(yu)(yu)生(sheng)膜(mo)的(de)試樣可減緩熔融(rong)Pbbi合金的(de)侵(qin)蝕(shi)，腐蝕(shi)程(cheng)度(du)較(jiao)輕。趙(zhao)文金等[71]對(dui)比了經(jing)過(guo)酸洗(xi)預(yu)(yu)膜(mo)、酸洗(xi)不預(yu)(yu)膜(mo)、不酸洗(xi)預(yu)(yu)膜(mo)、不酸洗(xi)不預(yu)(yu)膜(mo)的(de)Zr-4合金管材在(zai)500℃過(guo)熱水蒸氣中的(de)腐蝕(shi)行為，結果表(biao)(biao)明(ming)，經(jing)過(guo)酸洗(xi)預(yu)(yu)膜(mo)的(de)管材抗癤狀(zhuang)腐蝕(shi)性能最好(hao)。他們(men)認(ren)為酸洗(xi)過(guo)程(cheng)會使(shi)機械拋光產生(sheng)的(de)表(biao)(biao)面形變層消失并發(fa)揮出較(jiao)好(hao)的(de)表(biao)(biao)面清潔(jie)作(zuo)用，而經(jing)過(guo)預(yu)(yu)膜(mo)處理后又重(zhong)新加熱導致膜(mo)層與基體之間界(jie)面應力改變，最終造成癤狀(zhuang)腐蝕(shi)的(de)速度(du)下(xia)降(jiang)。

5.2化學鍍

化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)(du)是通過(guo)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)還原反(fan)應(ying)(ying)使鍍(du)(du)(du)(du)液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)金屬離子還原并(bing)沉(chen)積在(zai)工件(jian)表(biao)面(mian)形成(cheng)鍍(du)(du)(du)(du)層。馬靜(jing)等[72]和(he)國棟等[73]采用除油＋酸(suan)洗(xi)＋磷化(hua)(hua)(hua)(hua)方式對Zral合金表(biao)面(mian)進(jin)行預處(chu)(chu)理，隨后再(zai)進(jin)行酸(suan)性化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)(du)，以(yi)此制(zhi)備出(chu)了(le)12～15μm的(de)(de)(de)Ni-P膜(mo)層，研究發現酸(suan)洗(xi)粗(cu)化(hua)(hua)(hua)(hua)處(chu)(chu)理能夠促進(jin)磷化(hua)(hua)(hua)(hua)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)進(jin)行，從而提高(gao)(gao)膜(mo)層與(yu)基體(ti)的(de)(de)(de)結合力與(yu)有效接觸表(biao)面(mian)積。此外(wai)，與(yu)未處(chu)(chu)理試樣相比(bi)，鍍(du)(du)(du)(du)Ni-P試樣的(de)(de)(de)顯微硬度提高(gao)(gao)了(le)50％以(yi)上，抗腐蝕性也(ye)有所提高(gao)(gao)。相較(jiao)于傳統電鍍(du)(du)(du)(du)法，化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)最大(da)(da)優勢在(zai)于其無外(wai)加(jia)電流，生產成(cheng)本(ben)降(jiang)低。但是，利用本(ben)方法所制(zhi)備的(de)(de)(de)膜(mo)層普遍存在(zai)與(yu)基體(ti)結合力不高(gao)(gao)、耐磨(mo)性較(jiao)差的(de)(de)(de)問題(ti)，而且化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)(du)過(guo)程(cheng)中(zhong)所添加(jia)的(de)(de)(de)絡合劑對水資源(yuan)污(wu)染較(jiao)大(da)(da)，如(ru)何解決廢(fei)水問題(ti)依然是阻(zu)礙(ai)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)(du)工業化(hua)(hua)(hua)(hua)應(ying)(ying)用的(de)(de)(de)一大(da)(da)障礙(ai)。

5.3冷噴涂

冷噴(pen)(pen)(pen)涂工藝(yi)具(ju)有(you)顆粒(li)噴(pen)(pen)(pen)射(she)速度極快(kuai)、涂層(ceng)氣(qi)(qi)孔率很低(di)、沉(chen)積速率高(gao)(gao)、工藝(yi)溫度低(di)、對基體(ti)(ti)的(de)熱影響小且可減少(shao)材料的(de)氧化(hua)等優點[74-75]。Maier等[21]使(shi)用(yong)(yong)冷噴(pen)(pen)(pen)涂技術在Zr-4合金表(biao)面上沉(chen)積了ti2alc涂層(ceng)。摩擦磨損試(shi)驗結果(guo)表(biao)明該(gai)涂層(ceng)的(de)硬度與基體(ti)(ti)相(xiang)比提升(sheng)率可達到(dao)400％。他(ta)們對冷噴(pen)(pen)(pen)涂前后(hou)的(de)試(shi)樣進行了700℃的(de)高(gao)(gao)溫空(kong)氣(qi)(qi)氧化(hua)及1005℃高(gao)(gao)溫蒸汽(qi)試(shi)驗，測(ce)試(shi)結果(guo)表(biao)明，冷噴(pen)(pen)(pen)涂試(shi)樣具(ju)有(you)10μm厚的(de)氧化(hua)涂層(ceng)使(shi)其抗(kang)氧化(hua)性能(neng)更(geng)加突出，能(neng)顯著延長核燃料包殼的(de)使(shi)用(yong)(yong)壽命。

?evecˇeK等[76]開展了Cr沉積(ji)于Zr-4合金表面(mian)的(de)(de)研究，發(fa)現試(shi)樣(yang)邊緣的(de)(de)Zr氧化(hua)物厚度(du)(du)為55μm，即使厚度(du)(du)很薄，Cr涂(tu)層(ceng)也能保持穩(wen)定，500℃高溫下(xia)有效保護了基(ji)材不(bu)受蒸汽(qi)氧化(hua)的(de)(de)影響，連續氧化(hua)試(shi)驗進行20d后，增量(liang)僅為未沉積(ji)涂(tu)層(ceng)試(shi)樣(yang)的(de)(de)16％。需要注(zhu)意的(de)(de)是，冷噴涂(tu)工作(zuo)環境惡劣，且涂(tu)層(ceng)厚度(du)(du)難以(yi)精確控制。因此，優化(hua)設備、工藝路徑及參數，以(yi)減少污染、實現涂(tu)層(ceng)厚度(du)(du)的(de)(de)精確控制是未來的(de)(de)發(fa)展方向(xiang)之一。

5.4噴丸處理

噴(pen)丸(wan)處(chu)理是將高(gao)速彈(dan)丸(wan)流噴(pen)射到(dao)零件表(biao)面致使其發生塑性變形而形成具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)殘余壓應力(li)(li)的(de)(de)強(qiang)化(hua)層，零件承受載荷過程中可(ke)抵消(xiao)部分外界應力(li)(li)，進而提高(gao)疲勞強(qiang)度。胡英俊等[77]研(yan)究(jiu)了噴(pen)丸(wan)處(chu)理對(dui)Zirlo鋯(gao)合金(jin)微(wei)動(dong)磨(mo)損(sun)及抗(kang)腐蝕(shi)(shi)性能的(de)(de)影響(xiang)。結(jie)果表(biao)明，噴(pen)丸(wan)處(chu)理后Zirlo鋯(gao)合金(jin)的(de)(de)磨(mo)損(sun)體積相(xiang)對(dui)于(yu)原始(shi)試(shi)樣(yang)可(ke)減少5.7％，抗(kang)微(wei)動(dong)磨(mo)損(sun)性有(you)所提高(gao)。此外，lioh腐蝕(shi)(shi)試(shi)驗表(biao)明，只有(you)當腐蝕(shi)(shi)進行到(dao)一定階(jie)段(duan)時，噴(pen)丸(wan)強(qiang)化(hua)的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)效果才(cai)開始(shi)體現。目(mu)前，國內外對(dui)于(yu)鋯(gao)合金(jin)噴(pen)丸(wan)強(qiang)化(hua)的(de)(de)抗(kang)腐蝕(shi)(shi)機理研(yan)究(jiu)較(jiao)少，更(geng)是缺(que)乏對(dui)抗(kang)微(wei)動(dong)磨(mo)損(sun)的(de)(de)研(yan)究(jiu)。

6、總結及展望

鋯合(he)(he)金(jin)作為反應堆包殼(ke)材料(liao)已經廣泛(fan)應用(yong)(yong)于(yu)核工業領(ling)域(yu)，但(dan)近年來核泄漏(lou)事故的(de)(de)頻繁發生促使科(ke)研工作者(zhe)對(dui)高安全性(xing)的(de)(de)核用(yong)(yong)鋯合(he)(he)金(jin)進(jin)(jin)行探索與研究。此外(wai)，因鋯合(he)(he)金(jin)在(zai)航空航天、化工和(he)生物醫學等(deng)領(ling)域(yu)的(de)(de)潛在(zai)應用(yong)(yong)價值，而對(dui)其性(xing)能要求(qiu)愈發苛刻(ke)，這對(dui)其表面改性(xing)提(ti)出了更大(da)挑戰。在(zai)廣大(da)科(ke)研人員的(de)(de)努力下，鋯合(he)(he)金(jin)的(de)(de)表面改性(xing)技(ji)術已經取得了令(ling)人矚目(mu)的(de)(de)成就，但(dan)仍然(ran)存在(zai)一些(xie)理論和(he)技(ji)術上(shang)的(de)(de)難點需要進(jin)(jin)一步認識和(he)攻(gong)克。

理(li)(li)論上，如(ru)激(ji)光(guang)表(biao)面(mian)處(chu)理(li)(li)過程(cheng)勢(shi)必會引入(ru)(ru)溫(wen)度梯度、殘余應(ying)力及非(fei)平衡結構，溫(wen)度梯度對表(biao)面(mian)改(gai)性層自(zi)身(shen)熱量的傳(chuan)輸(shu)以及改(gai)性層與(yu)基體區之間(jian)熱交換的影響規(gui)律需要(yao)進(jin)行深入(ru)(ru)探討(tao)；技術(shu)上，物(wu)理(li)(li)氣(qi)相沉(chen)積和化學鍍(du)如(ru)何(he)提升鍍(du)層與(yu)基體的結合(he)力，激(ji)光(guang)表(biao)面(mian)處(chu)理(li)(li)中如(ru)何(he)實(shi)現激(ji)光(guang)誘導殘余應(ying)力與(yu)表(biao)面(mian)改(gai)性層和基體組織(zhi)的協同優化，冷噴涂過程(cheng)中如(ru)何(he)解決(jue)涂層厚度的精準調控等，這些(xie)均(jun)是(shi)今后需要(yao)解決(jue)和克服的技術(shu)難題(ti)。

以上問題需要(yao)通過表(biao)面(mian)改(gai)性研究工作者(zhe)的(de)不懈努力(li)(li)去(qu)不斷(duan)解決，以充(chong)實和豐富鋯合金表(biao)面(mian)改(gai)性的(de)基礎理論和技術(shu)應(ying)用(yong)。相(xiang)信隨著表(biao)面(mian)改(gai)性技術(shu)水平的(de)不斷(duan)提高，具有卓越力(li)(li)學、耐蝕、耐磨及抗氧化(hua)等(deng)表(biao)面(mian)性能的(de)鋯合金在航空(kong)航天、核工業(ye)、化(hua)工機械及生(sheng)物(wu)等(deng)領域將得(de)到更廣范的(de)應(ying)用(yong)。

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