本论文对阳极氧化、微弧氧化和高频感应表面氧化三种技术在锆合金表面形成陶瓷化氧化膜的工艺进行了研究,拟通过对比找到最适合的锆合金燃料包壳表面陶瓷化处理工艺。文中重点介绍了阳极氧化、微弧氧化和高频感应氧化陶瓷层生长过程及相组成的变化规律。分析了阳极氧化、微弧氧化和高频感应氧化陶瓷层的耐蚀性、耐磨性等使用性能及其影响因素,并对用上述三种技术生成锆合金氧化膜的结构特点、耐蚀性能等进行了对比研究。 锆合金的阳极氧化是对置于电解液中作为阳极的金属部件外加电压,在电化学作用下,在锆合金表面形成一层氧化膜的方法。对阳极氧化工艺进行研究发现,在实验条件下,氧化膜的厚度随着所加电压的增加而增加,并且膜厚和电压近似呈直线关系;NaOH溶液中生成的阳极氧化膜质量优良,表面平整,只有很少的孔洞和裂纹;氧化膜主要成份为ZrO₂和SnO₂,且ZrO₂含量超过90%。 将锆合金置于电解质水溶液中,利用电化学方法在该材料的表面产生火花放电斑点,在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下,可生成陶瓷膜层。研究发现,微弧氧化膜厚度可达到几十μm,其中四分之三为疏松层,其余为致密层,膜厚与微弧氧化反应时的电解液浓度呈正比关系。 根据交变电磁场原理,我们将锆管试样置于感应线圈中心,并导入高频交流电流,试样将快速升温至预定的温度,与此同时,将处理介质导入反应室,使其与锆管表面发生化学反应。在一定时间后,一层高质量的ZrO₂陶瓷膜即在锆管表面形成。研究发现,在原子氧介质中生成的氧化膜性能最好,当处理温度为530～600℃,处理时间为3～20min时,可获得优质耐腐蚀耐磨陶瓷膜。 从工艺上看,高频感应氧化技术对设备的要求最简单,易于实现工艺过程自动化,使用较为方便,无废液、废气等后续处理程序;从氧化膜的耐腐蚀性能比较,高频感应氧化膜对燃料包壳表面腐蚀性能的提高更明显;从提高燃料包壳耐磨损性能分析,高频感应氧化膜比另外两种膜表现更优异。综合以上因素,本研究认为高频感应氧化技术更适合于提高燃料包壳耐水侧磨蚀性能。