隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展和現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，核能的開發(fā)和利用日益受到關(guān)注十大行動。相對于火電提供深度撮合服務，核電是一種經(jīng)濟服務品質、安全、可靠組成部分、清潔的新能源影響，但其帶來的核電安全問題也是不容忽視的。

由于鋯合金的機械性能優(yōu)異的過程中，耐腐蝕性能良好發展契機，目前大多數(shù)核反應(yīng)堆選用鋯合金作為核燃料包殼管材料。在過去的幾十年中過程中，鋯合金已經(jīng)發(fā)展為三大系列去突破，即Zr-Nb、Zr-Sn和Zr-Sn-Nb重要部署。在這三個系列的基礎(chǔ)上具體而言，添加Fe、Cr智慧與合力、Ni喜愛、Cu等合金金屬后，形成了工業(yè)化的Zircaloy-2（Zr-2）開放要求、Zircaloy-4(Zr-4)等鋯合金向好態勢。Zr-2和Zr-4合金均已商業(yè)化，Zr-2的合金成分為Zr-1.5Sn-0.15Fe-0.1Cr-0.05Ni, Zr-4的合金成分為Zr-1.5Sn-0.2Fe-0.1Cr服務機製，由于Ni的添加會造成鋯合金吸氫貢獻力量，引發(fā)氫脆，故研究者們降低了Ni的含量大幅拓展，增加Fe的含量以彌補Ni減小引起的鋯合金力學(xué)性能的不足發行速度，以此發(fā)展了一種新的鋯合金Zr-4。Zr-4被稱為核電用第一代鋯合金與時俱進，廣泛用于輕水堆燃料的包殼材料性能。

2011年日本福島核電事故的發(fā)生，使得研究者們對鋯合金包殼材料提出了更高的要求綜合運用，根據(jù)美國管理委員會（Nuclear Regulatory Commission供給，簡稱NRC）對核電包殼材料的標(biāo)準(zhǔn)，包殼材料的最高耐受溫度為2200°F（1204°C）實事求是。因此作為核電包殼材料進行探討，需要滿足耐高溫水蒸氣氧化性能，當(dāng)冷卻劑缺失時服務水平，可以降低包殼材料的熱量和氫氣的釋放量最新，為事故搶修爭取時間技術創新。

為了解決這個問題，國內(nèi)外很多研究者對鋯合金的表面防護(hù)涂層進(jìn)行了大量研究體驗區，具體的涂層包括Cr基涂層增多、MAX涂層、Fe基涂層等有望。其中Cr基涂層的耐腐蝕性最佳進一步推進，抗氧化能力優(yōu)異，且金屬Cr與鋯合金的熱膨脹系數(shù)相匹配顯示，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的鋯合金表面防護(hù)涂層創新為先。

本文利用耐馳同步熱分析儀STA 449F3研究了Cr基涂層在1200°C水蒸氣條件下對Zr-4合金基底的抗氧化性能，并與Zr-4合金基底進(jìn)行了比較科普活動。

儀器：Netzsch STA 449F3

圖1是Cr coated Zr-4 合金和Zr-4 合金基體在1200°C高溫水蒸氣（絕對水蒸氣濃度90%）條件下創新延展，恒溫1h的TG對比曲線。氧化TG曲線顯示長期間，涂層鋯合金（Cr coated Zr-4 合金）經(jīng)1200°C高溫水蒸氣氧化1h基本情況，其質(zhì)量增重百分?jǐn)?shù)約為12.30%，而Zr-4合金基體在相同氧化條件下的質(zhì)量增重百分?jǐn)?shù)約為16.79%高端化。在氧化性能的測試中力量，氧化增重速率是衡量材料氧化的一項重要指標(biāo)。從圖1可知提單產， Zr-4合金基體的氧化增重速率明顯快于Cr涂層鋯合金的氧化增重速率深入實施，即Cr涂層鋯合金的高溫抗氧化性能明顯優(yōu)于Zr-4合金基體。

圖1 Cr coated Zr-4 合金和Zr-4 合金基體在1200°C高溫水蒸氣（絕對水蒸氣濃度90%）條件下發展空間，恒溫1h的TG對比曲線

圖2 高溫水蒸氣氧化處理后的Cr coated Zr-4 合金和Zr-4 合金基體的形貌圖效果。（第一行：Zr-4 合金基體；第二行：Cr coated Zr-4 合金足了準備；從左到右分別是樣品的頂部合作關系、側(cè)面、底部）

通過STA高溫水蒸氣氧化實驗深刻內涵，評判了涂層鋯合金（Cr coated Zr-4 合金）對鋯合金基底的防護(hù)效果傳遞。耐馳同步熱分析儀擁有豐富的配置，可以通過STA來模擬樣品在實際使用環(huán)境下的性能交流等，可研究對應(yīng)溫度、氣氛規劃、濕度等因素對材料性能的影響提高。

作者

盛沈俊

耐馳儀器公司應(yīng)用實驗室