锆基非晶纳米晶涂层制备及性能研究

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1、中图分类号：TG17论文编号：102870618-SZ057学科分类号：085204硕士学位论文锆基非晶纳米晶涂层制备及性能研究研究生姓名蔡保贤专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师杨亮教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyPreparation,corrosionandwearpropertiesofZr-basedamorphousandnanocrystal

2、linecoatingAThesisinMaterialEngineeringbyCaiBaoxianAdvisedbyProf.YangLiangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学

3、可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：2018年4月2日南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要锆合金以突出的核性能、良好的机械性能和耐腐蚀性能被广泛应用于核反应堆结构材料和化工耐腐蚀设备。但由于应用环境复杂苛刻，锆合金服役过程中往往会出现磨损失效和腐蚀破坏，使得材料应用中存在安全隐患。因此，提高锆合金的防腐耐磨性能，成为锆合金材料应用中需要解决的重要问题。本文采用磁控溅射沉积技术，在锆基体表面制备了Zr65Cu35、Zr75Cu25和Zr73Cu16N

4、b11涂层。对涂层的微观组织结构和常规力学性能进行了测试分析。对涂层在室温下的耐摩擦磨损性能进行了研究，并探讨了其磨损机制。本文还对涂层在3.5wt.%NaCl、0.1mol/LH3BO3和0.1mol/LLiOH三种溶液中的电化学腐蚀性能进行了研究，分析了涂层微观组织结构、微合金化Nb和表面润湿性对材料耐腐蚀性能的影响，探讨了涂层的腐蚀防护机理。为非晶纳米晶涂层在材料表面作为防腐耐磨保护涂层的应用提供了理论依据。获得的主要结果：(1)采用磁控溅射沉积技术制备的涂层表面光滑平整，致密均匀无明显缺陷，与基体结合良好，厚度达到1~2μm。TEM分析发现，Zr65Cu35涂层为完全非晶态

5、；Zr75Cu25涂层组织结构由非晶相和纳米晶混合组成，其中，纳米晶粒尺寸大小在5~10nm之间，较均匀分布于非晶相中。(2)摩擦磨损试验结果表明：Zr75Cu25非晶纳米晶涂层表现出较低的摩擦系数(0.4~0.5)和较-53-1-1低的磨损速率(2.3×10mmNm)，具有优异的耐摩擦磨损性能。在干态摩擦条件下，锆基体的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。Zr75Cu25非晶纳米晶涂层的磨损机制主要为氧化磨损。(3)电化学测试结果表明：在3.5wt.%NaCl、0.1mol/LH3BO3和0.1mol/LLiOH三种溶液中Zr75Cu25非晶纳米晶涂层均表现出比锆基体和Zr65Cu

6、35非晶涂层更高的腐蚀抗力。在3.5wt.%NaCl溶液中Zr73Cu16Nb11非晶纳米晶涂层比Zr75Cu25非晶纳米晶涂层具有更宽的钝化区间，表现为更高的腐蚀抗力。关键词：非晶纳米晶涂层，磁控溅射，微观结构，耐磨损性能，耐腐蚀性能I锆基非晶纳米晶涂层制备及性能研究ABSTRACTZr-basedalloysaretypicalstructuralmaterialsservedinnuclearreactorsandchemicalcorrosion-resistantequipment,duetotheirexcellentmechanicalproperties,corro

7、sionresistance,andoutstandingnuclearproperties.However,theZr-basedalloysperformancesarefailureduetotheterribleserviceenvironment,leadthepotentialsecurityrisks.Therefore,toimprovethepropertiessuchascorrosionandwearresistancesinmetalsinpa