一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法
阅读说明：本技术 一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法 (Method for electrochemically preparing accident fault-tolerant Cr coating of nuclear fuel cladding element ) 是由 胡小刚 邱龙时 潘晓龙 张于胜 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法,该方法包括以下步骤：一、将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性；二、将表面改性后的Zr合金核燃料包壳元件进行电化学沉积Cr涂层处理,得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳元件。本发明先将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性,然后采用电化学沉积在表面改性后的Zr合金核燃料包壳元件的表面沉积事故容错Cr涂层,实现了在管元件、板元件或异形件的外表面,高效、低成本、批量化的制备事故容错Cr涂层,解决了Zr合金核燃料包壳元件与金属Cr在电镀液中无化合导致的无法直接电化学沉积Cr涂层的问题,得到的Cr涂层具有厚度高,耐事故的优点。(The invention discloses a method for electrochemically preparing accident fault-tolerant Cr coating of nuclear fuel cladding element, which comprises the following steps: firstly, carrying out surface modification on a Zr alloy nuclear fuel cladding element; and secondly, carrying out electrochemical deposition Cr coating treatment on the surface-modified Zr alloy nuclear fuel cladding element to obtain the Zr alloy nuclear fuel cladding element with the Cr coating. According to the invention, the Zr alloy nuclear fuel cladding element is subjected to surface modification firstly, and then the accident tolerance Cr coating is deposited on the surface of the Zr alloy nuclear fuel cladding element subjected to surface modification through electrochemical deposition, so that the accident tolerance Cr coating is efficiently, low in cost and mass prepared on the outer surface of a pipe element, a plate element or a special-shaped element, the problem that the Cr coating cannot be directly electrochemically deposited due to no combination of the Zr alloy nuclear fuel cladding element and metal Cr in electroplating solution is solved, and the obtained Cr coating has the advantages of high thickness and accident resistance.)
技术领域
本发明属于薄膜涂层核电防护技术领域，具体涉及一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法。
背景技术
近年来国内外开展了大量的核燃料包壳元件的事故容错涂层制备与研究，核燃料包壳元件的基体材料为核用Zr合金，形状为管元件、板元件或异形件等形式，核燃料包壳元件的需求量巨大，事故容错涂层在逐步形成标准，大规模应用指日可待，以美国为代表的国际先进水平采用特殊的物理气相沉积制备纯Cr涂层，厚度需要达到15μm以上，才能达到常规服役条件的腐蚀以及事故条件下的高温抗氧化要求，物理气相沉积作为表面镀膜手段中最先进的技术同时也存在着较多缺点，如沉积速率极慢、沉积温度高、应力大易崩膜、设备成本昂贵、装炉量受腔体限制、镀制工序繁琐等，会导致生产速率低下、高温致晶粒长大、成本上升、设备维护困难以及操作人员培训困难等缺点，会影响核燃料包壳元件的生产和交付。
传统三价Cr电镀工艺能够快速制备Cr涂层，具有成熟的工艺及应用市场，厚度可达百微米量级，并且具有生产效率高，沉积速度快，沉积温度低，操作简单，成本低等优点，同时能够实现各种形状异形件的镀制生产。但是大量的实验结果显示，Zr合金具有优异的耐蚀性，是因为表面会迅速生成致密电导率低的ZrO2氧化膜，且Cr与Zr的电位差不符合电镀原理，Cr涂层不能有效附着，无实现直接在Zr合金表面电镀Cr涂层。因此需要一种电化学在Zr合金核燃料包壳元件制备事故容错Cr涂层的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法。本发明先对Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性，使Zr合金核燃料包壳元件表面形成改性层，然后采用电化学沉积在表面改性后的Zr合金核燃料包壳元件的表面沉积事故容错Cr涂层，实现了在管元件、板元件或异形件的表面，低成本、高效、批量化的制备事故容错Cr涂层。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方法案为：一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性；所述表面改性的方法为辅助阳极刻蚀、电弧源高压轰击、物理气相沉积、喷涂、金属离子注入、化学沉积和电化学沉积中的一种或两种；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳元件进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳元件，所述Cr涂层的厚度大于10μm。
本发明通过将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性，使Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层，然后在改性层上进行电化学沉积Cr涂层处理，解决了现有技术无法通过电化学的方法在Zr合金核燃料包壳元件表面沉积Cr涂层的不足，当Zr合金核燃料包壳元件为管元件时，保证了管元件的内壁和外壁同时进行表面改性，同时制备事故容错Cr涂层，实现了高效、低成本和批量化的在核燃料包壳元件表面制备事故容错Cr涂层，制备的Cr涂层具有厚度高，耐失水核事故的优点。
上述的一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述辅助阳极刻蚀的过程为：在氩气气氛下，将辅助阳极激发的高能离子流对施加有-600V～-1200V偏压的Zr合金核燃料包壳元件的表面进行轰击处理，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层。辅助阳极刻蚀是提高膜基结合强度的一种手段，在氩气气氛下进行电离，高能离子流轰击使Zr合金核燃料包壳元件表面的氧化膜被去除掉，然后使Zr合金核燃料包壳元件的表面沉积上纳米至微米量级的Cr膜，从而达到对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层；本发明通过施加偏压，吸引高能Ti离子流或高能Cr离子流对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行轰击，对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行溅射，从而达到对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层。
上述的一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述电弧源高压轰击的过程为：将电弧源喷射的等离子体对施加有-500V～-1100V的偏压的Zr合金核燃料包壳元件的表面进行溅射和沉积处理，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层。电弧源高压轰击是提高膜基结合强度的一种重要手段，对Zr合金核燃料包壳元件施加偏压，使得等离子体功率密度和能量得到大幅提高，加速冲击Zr合金核燃料包壳元件表面，清除Zr合金核燃料包壳元件表面的氧化膜或其他污染物，达到洁净和提升结合力的目的，增加了电弧源喷射出的等离子体能量密度，使喷射出的等离子体对Zr合金核燃料包壳元件的表面产生了溅射和沉积的双重作用，从而达到对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层。
上述的一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述物理气相沉积的过程为：采用真空蒸镀、多弧离子镀或磁控溅射对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行沉积处理；所述真空蒸镀的过程为：将金属丝蒸发为气相的原子团后对施加有0V～-200V偏压的Zr合金核燃料包壳元件的表面进行沉积处理，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层；所述多弧离子镀的过程为：采用阴极电弧源将金属靶材激发为等离子体后对施加有-50V～-600V偏压的Zr合金核燃料包壳元件的表面进行沉积处理，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层；所述磁控溅射的过程为：采用高功率脉冲磁控溅射电源将金属靶材激发为等离子体后对施加有-50V～-600V偏压的Zr合金核燃料包壳元件的表面进行沉积处理，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层。真空蒸镀直接将金属丝蒸发为气相，然后凝固附着在Zr合金核燃料包壳元件表面从而形成致密的改性层，在Zr合金核燃料包壳元件上施加偏压，能够吸引气相的金属沉积在Zr合金核燃料包壳元件表面形成致密强结合的金属层，从而达到对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层；多弧离子镀通过阴极电弧源在低电压高电流的条件下将金属靶材激发为等离子体后散布在真空镀膜腔的室内，在Zr合金核燃料包壳元件上施加偏压，能够吸引这些等离子体沉积在Zr合金核燃料包壳元件表面形成致密强结合的金属层，从而达到对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层；磁控溅射通过高功率脉冲磁控溅射电源将金属靶材激发为等离子体，在Zr合金核燃料包壳元件上施加偏压，使沉积作用大于溅射作用，在Zr合金核燃料包壳元件表面形成金属层，从而达到对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层。
上述的一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述喷涂的过程为：采用冷喷涂或热喷涂将金属粉末喷涂在Zr合金核燃料包壳元件的表面，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层。喷涂能够在短时间内实现在Zr合金核燃料包壳元件的表面喷涂金属Cr层，对基体形状友好，不影响Zr合金核燃料包壳元件的晶粒变化，从而达到对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层。
上述的一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述金属离子注入的过程为：将金属离子注入到Zr合金核燃料包壳元件的近表面层，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层，所述金属离子注入的深度为50nm～3μm。金属离子注入手段区别于其他表面镀膜附着类方法，通过控制金属离子注入的深度，在基体近表面内部实现性能改性，而非附着额外材料，其元素结合牢固，形成冶金化结合，对后续事故容错燃料Cr涂层的制备提供良好的膜基结合力，通过控制注入的深度控制改性层的厚度，从而达到对Zr合金核燃料包壳元件的表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层。
上述的一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述化学沉积的过程为：采用化学沉积在Zr合金核燃料包壳元件的表面镀金属膜，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层。化学沉积能够快速在Zr合金核燃料包壳元件表面镀金属膜，具有沉积速率快，减少生产所需时间的优点，化学沉积实现了大长径比的Zr合金核燃料包壳管元件的内壁和外壁同时改性，完成Zr合金核燃料包壳管元件的内壁和外壁上的事故容错燃料Cr涂层的制备，从而达到对Zr合金核燃料包壳管元件的内外表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层。
上述的一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述电化学沉积的过程为：采用电化学沉积在Zr合金核燃料包壳元件的表面镀金属膜，在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层。电化学沉积能够快速在Zr合金核燃料包壳元件表面镀金属膜，具有沉积速率快，减少生产所需时间的优点，电化学沉积实现了大长径比的Zr合金核燃料包壳管元件的内壁和外壁同时改性，完成Zr合金核燃料包壳管元件的内壁和外壁上的事故容错燃料Cr涂层的制备，从而达到对Zr合金核燃料包壳管元件的内外表面进行改性的目的，实现了后续的电化学沉积Cr涂层。
上述的一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述电化学沉积Cr涂层采用三价Cr电镀工艺。本发明采用三价Cr电镀工艺实现电化学沉积Cr，实现了在Zr合金核燃料包壳元件的表面均匀电化学沉积Cr涂层，具有成本低，易操作，无毒，无污染和环境危害小的优点。
本发明电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的原理：Zr合金表面易生成电导率低的致密ZrO2氧化膜，且Cr与Zr的电位差不符合电化学沉积原理，直接在Zr合金上电镀Cr膜不能有效附着在Zr合金的表面，无实现直接在Zr合金表面电镀Cr膜，本发明先对Zr合金进行表面改性，改变了Zr合金的表面状态，在后续电镀过程中，电镀溶液中的氧化还原反应不再面对Zr元素，而是改性后的金属材料如：Cr、Ti、Ni或Pd，这些金属材料符合电镀电位差的原理，继而采用成熟的电化学方法在Zr合金表面镀制具有耐事故能力的事故容错燃料涂层Cr；Cr涂层能够在高温下生成一层致密的Cr2O3氧化膜，该氧化膜抗氧化能力优异，但其显脆性，厚度达到7μm左右将会剥落，失去防护能力，本发明的Cr涂层的厚度大于10μm，至少能抵抗1.5次的氧化膜剥落。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用辅助阳极刻蚀、电弧源高压轰击、物理气相沉积、喷涂、金属离子注入、化学沉积和电化学沉积中的一种或两种对Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性，均能够在Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层，适用于管元件、板元件或异形元件的表面改性，保证了管元件的内壁和外壁同时进行表面改性，增强了本发明的适用性，避免了直接使用上述方法制备Cr涂层导致的生产成本高的不足，同时避免了不能在管元件内壁制备Cr涂层的不足。
2、本发明通过将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性，使Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层，然后在改性层上进行电化学沉积Cr涂层处理，得到了具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳元件，解决了现有技术无法通过电化学的方法在Zr合金核燃料包壳元件表面沉积Cr涂层的不足，实现了高效、低成本和批量化的在各种形状的核燃料包壳元件表面制备事故容错Cr涂层，制备的Cr涂层具有厚度高，耐失水核事故的优点。
3、本发明采用三价Cr电镀工艺实现电化学沉积Cr，实现了在Zr合金核燃料包壳元件的表面均匀电化学沉积Cr涂层，降低了生产成本，具有无毒，无污染，环境危害小，适用范围广和易推广的优点。
4、本发明方法操作简单，易于实现，能有效满足实际生产在Zr合金核燃料包壳元件的表面电化学沉积Cr涂层的要求，可以实现大规模生产。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例1具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件的结构示意图。
图2是本发明实施例2具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳管元件的结构示意图。
附图标记说明：
1—Zr合金核燃料包壳板元件； 2—Cr改性层； 3—Cr涂层；
4—Zr合金核燃料包壳管元件； 5—Pd改性层。
具体实施方式
本发明通过实施例1～实施例29进行详细说明。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用辅助阳极刻蚀进行表面改性；所述辅助阳极刻蚀的过程为：在氩气气氛下，压强为1Pa的条件下，将金属Cr在20V 100A的电源下激发出Cr粒子流，然后将Cr粒子流对施加有-750V偏压的Zr合金核燃料包壳板的表面进行120min的轰击和溅射，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，金属Cr与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为200mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为100nm，Cr涂层的厚度为15μm。
图1是本实施例具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件的结构示意图，从图1中可以看出，Zr合金核燃料包壳板元件1的表面均匀包裹了一层Cr改性层2，Cr改性层2外均匀包裹了一层Cr涂层3。
实施例2
步骤一、将Zr合金核燃料包壳管元件采用化学沉积进行表面改性；所述化学沉积的过程为：将Zr合金核燃料包壳管元件放入到含Pd2+的活化液中进行处理，在Zr合金核燃料包壳管元件的内壁和外壁均得到Pd改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳管元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳管元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Pd改性层的厚度为50nm，Cr涂层的厚度为11μm。
图2是本实施例具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳管元件的结构示意图，从图2中可以看出，Zr合金核燃料包壳管元件4的外壁和内壁均包裹了一层Pd改性层5，Pd改性层5外包裹了一层Cr涂层3。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用辅助阳极刻蚀进行表面改性；所述辅助阳极刻蚀的过程为：在氩气气氛下，压强为2Pa的条件下，将金属Cr在20V 100A的电源下激发出Cr粒子流，然后将Cr粒子流对施加有-1200V偏压的Zr合金核燃料包壳板的表面进行120min的轰击和溅射，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，金属Cr与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为200mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为2μm，Cr涂层的厚度为15μm。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用辅助阳极刻蚀进行表面改性；所述辅助阳极刻蚀的过程为：在氩气气氛下，压强为3Pa的条件下，将金属Ti在10V 100A的电源下激发出Ti粒子流，然后将Ti粒子流对施加有-600V偏压的Zr合金核燃料包壳板的表面进行120min的轰击和溅射，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ti改性层，其中，金属Ti与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为200mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ti改性层的厚度为50nm，Cr涂层的厚度为15μm。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用电弧源高压轰击进行表面改性；所述电弧源高压轰击的过程为：在氩气气氛下，压强为0.5Pa的条件下，采用阴极电弧源喷射Cr等离子体对施加有-700V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件的表面进行溅射和沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为500nm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用电弧源高压轰击进行表面改性；所述电弧源高压轰击的过程为：在氩气气氛下，压强为0.5Pa的条件下，采用阴极电弧源喷射Cr等离子体对施加有-1000V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件的表面进行溅射和沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为2μm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例7
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用电弧源高压轰击进行表面改性；所述电弧源高压轰击的过程为：在氩气气氛下，压强为0.5Pa的条件下，采用阴极电弧源喷射Ti等离子体对施加有-500V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件的表面进行溅射和沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ti改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ti改性层的厚度为50nm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例8
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用真空蒸镀进行表面改性；所述真空蒸镀的过程为：在氩气气氛下，压强为0.1Pa的条件下，采用10KV高电压配合高频放电，将5N级高纯Cr金属丝蒸发为气相的Cr原子团，然后将气相的Cr原子团沉积在Zr合金核燃料包壳板元件表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，5N级高纯Cr金属丝与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为50mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为1μm，Cr涂层的厚度为15μm。
实施例9
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用真空蒸镀进行表面改性；所述真空蒸镀的过程为：在氩气气氛下，压强为0.1Pa的条件下，采用10KV高电压配合高频放电，将5N级高纯Ti金属丝蒸发为气相的Ti原子团，然后将气相的Ti原子团沉积在施加有-200V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ti改性层，其中，5N级高纯Ti金属丝与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为50mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ti改性层的厚度为2μm，Cr涂层的厚度为15μm。
实施例10
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用真空蒸镀进行表面改性；所述真空蒸镀的过程为：在氩气气氛下，压强为0.1Pa的条件下，采用10KV高电压配合高频放电，将5N级高纯Cr金属丝蒸发为气相的Cr原子团，然后将气相的Cr原子团沉积在施加有-100V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，5N级高纯Cr金属丝与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为50mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为50nm，Cr涂层的厚度为15μm。
实施例11
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用多弧离子镀进行表面改性；所述多弧离子镀的过程为：在氩气气氛下，压强为0.5Pa的条件下，采用阴极电弧源将Cr靶激发为Cr等离子体，然后将Cr等离子体对施加有-120V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件进行沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，Cr靶与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为180mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为300nm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例12
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用多弧离子镀进行表面改性；所述多弧离子镀的过程为：在氩气气氛下，压强为0.5Pa的条件下，采用阴极电弧源将Ti靶激发为Ti等离子体，然后将Ti等离子体对施加有-50V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件进行沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ti改性层，其中，Ti靶与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为180mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ti改性层的厚度为50nm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例13
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用多弧离子镀进行表面改性；所述多弧离子镀的过程为：在氩气气氛下，压强为0.5Pa的条件下，采用阴极电弧源将Ti靶激发为Ti等离子体，然后将Ti等离子体对施加有-600V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件进行沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ti改性层，其中，Ti靶与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为180mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ti改性层的厚度为5μm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例14
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用磁控溅射进行表面改性；所述磁控溅射的过程为：在氩气气氛下，压强为0.8Pa的条件下，采用高功率脉冲磁控溅射电源以30kW的功率将5N级的Cr柱状靶激发为Cr等离子体，然后将Cr等离子体对施加有-100V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件进行沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，Cr柱状靶与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为50mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为300nm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例15
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用磁控溅射进行表面改性；所述磁控溅射的过程为：在氩气气氛下，压强为0.8Pa的条件下，采用高功率脉冲磁控溅射电源以30kW的功率将5N级的Ti柱状靶激发为Ti等离子体，然后将Ti等离子体对施加有-50V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件进行沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ti改性层，其中，Ti柱状靶与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为50mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ti改性层的厚度为50nm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例16
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用磁控溅射进行表面改性；所述磁控溅射的过程为：在氩气气氛下，压强为0.8Pa的条件下，采用高功率脉冲磁控溅射电源以30kW的功率将5N级的Cr柱状靶激发为Cr等离子体，然后将Cr等离子体对施加有-600V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件进行沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，Cr柱状靶与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为50mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为5μm，Cr涂层的厚度为16μm。
实施例17
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用冷喷涂进行表面改性；所述冷喷涂的过程为：在氩气气氛下，温度为20℃的条件下，将粒径为50nm的5N级Cr粉由超音速气、固两相气流喷涂在Zr合金核燃料包壳板元件表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为5μm，Cr涂层的厚度为17μm。
实施例18
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用超音速火焰喷涂进行表面改性；所述超音速火焰喷涂的过程为：在氩气气氛下，将粒径为50nm的5N级Ti粉由超音速高温焰流加热加速后喷涂在Zr合金核燃料包壳板元件表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ti改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ti改性层的厚度为4μm，Cr涂层的厚度为17μm。
实施例19
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用等离子喷涂进行表面改性；所述等离子喷涂的过程为：在氩气气氛下，将粒径为50nm的5N级Cr粉经等离子体辅助加热融化后喷涂在Zr合金核燃料包壳板元件表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为2μm，Cr涂层的厚度为17μm。
实施例20
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用金属离子注入进行表面改性；所述金属离子注入的过程为：在氩气气氛下，压强为3Pa的条件下，采用金属蒸汽真空弧离子源将Cr元素注入Zr合金核燃料包壳板元件的近表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，注入能量为80keV，注入剂量为3×1017/cm2，注入深度为50nm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为100nm，Cr涂层的厚度为15μm。
实施例21
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用金属离子注入进行表面改性；所述金属离子注入的过程为：在氩气气氛下，压强为3Pa的条件下，采用金属蒸汽真空弧离子源将Ti元素注入Zr合金核燃料包壳板元件的近表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ti改性层，其中，注入能量为80keV，注入剂量为5×1017/cm2，注入深度为1μm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ti改性层的厚度为2μm，Cr涂层的厚度为15μm。
实施例22
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用金属离子注入进行表面改性；所述金属离子注入的过程为：在氩气气氛下，压强为3Pa的条件下，采用金属蒸汽真空弧离子源将Cr元素注入Zr合金核燃料包壳板元件的近表面，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，注入能量为80keV，注入剂量为8×1017/cm2，注入深度为3μm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为5μm，Cr涂层的厚度为15μm。
实施例23
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用电化学沉积进行表面改性；所述电化学沉积的过程为：采用直流叠加脉冲电源，将5N级Ni块作为阳极，Zr合金核燃料包壳板元件作为阴极，使用瓦特镀镍液，在Zr合金核燃料包壳板元件表面电化学镀Ni，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ni改性层，其中，电流密度为35A/dm2，阳极和阴极的距离为100mm，温度为85℃，沉积时间为15min；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ni改性层的厚度为2μm，Cr涂层的厚度为11μm。
实施例24
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用电化学沉积进行表面改性；所述电化学沉积的过程为：采用直流叠加脉冲电源，将5N级Ni块作为阳极，Zr合金核燃料包壳板元件作为阴极，使用瓦特镀镍液，在Zr合金核燃料包壳板元件表面电化学镀Ni，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ni改性层，其中，电流密度为35A/dm2，阳极和阴极的距离为100mm，温度为85℃，沉积时间为5min；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ni改性层的厚度为50nm，Cr涂层的厚度为11μm。
实施例25
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用电化学沉积进行表面改性；所述电化学沉积的过程为：采用直流叠加脉冲电源，将5N级Ni块作为阳极，Zr合金核燃料包壳板元件作为阴极，使用瓦特镀镍液，在Zr合金核燃料包壳板元件表面电化学镀Ni，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Ni改性层，其中，电流密度为35A/dm2，阳极和阴极的距离为100mm，温度为85℃，沉积时间为30min；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ni改性层的厚度为5μm，Cr涂层的厚度为11μm。
实施例26
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳L型板元件采用电化学沉积进行表面改性；所述电化学沉积的过程为：采用直流叠加脉冲电源，将5N级Ni块作为阳极，Zr合金核燃料包壳L型板元件作为阴极，使用瓦特镀镍液，在Zr合金核燃料包壳L型板元件表面电化学镀Ni，在Zr合金核燃料包壳L型板元件的表面得到Ni改性层，其中，电流密度为35A/dm2，阳极和阴极的距离为100mm，温度为85℃，沉积时间为30min；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳L型板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳L型板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Ni改性层的厚度为5μm，Cr涂层的厚度为11μm。
实施例27
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳管元件采用化学沉积进行表面改性；所述化学沉积的过程为：将Zr合金核燃料包壳管元件放入到含Pd2+的活化液中进行处理，在Zr合金核燃料包壳管元件的内壁和外壁均得到Pd改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳管元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳管元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Pd改性层的厚度为2μm，Cr涂层的厚度为11μm。
实施例28
步骤一、将Zr合金核燃料包壳管元件采用化学沉积进行表面改性；所述化学沉积的过程为：将Zr合金核燃料包壳管元件放入到含Pd2+的活化液中进行处理，在Zr合金核燃料包壳管元件的内壁和外壁均得到Pd改性层；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳管元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳管元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Pd改性层的厚度为5μm，Cr涂层的厚度为11μm。
实施例29
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将Zr合金核燃料包壳板元件采用辅助阳极刻蚀和多弧离子镀进行表面改性；所述辅助阳极刻蚀和物理气相沉积的过程为：在氩气气氛下，压强为2Pa的条件下，将金属Cr在20V 100A的电源下激发出Cr粒子流，然后将Cr粒子流对施加有-600V偏压的Zr合金核燃料包壳板的表面进行60min的轰击和溅射，然后采用阴极电弧源将金属Cr激发为Cr等离子体，再将Cr等离子体对施加有-400V偏压的Zr合金核燃料包壳板元件进行沉积，在Zr合金核燃料包壳板元件的表面得到Cr改性层，其中，金属Cr与Zr合金核燃料包壳板元件的距离为200mm；
步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳板元件在去离子水中进行清洗，然后放入镀铬液中进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳板元件；所述镀铬液包含250g/L的铬酐和1.8g/L的硫酸。
经检测，本实施例中Cr改性层的厚度为1μm，Cr涂层的厚度为15μm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。