在锆合金表面制备SiC涂层的方法及其应用与流程

本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及在锆合金表面制备sic涂层的方法及其应用。

背景技术

目前用于核燃料元件的锆合金包壳表面的sic涂层与锆合金之间的结合力较差，sic涂层较易出现大面积剥落，从而导致锆合金易发生锆水反应、高温氧化腐蚀，以及吸氢反应，严重时会导致核燃料元件发生爆炸。

因而，现有的锆合金包壳的相关技术仍有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种操作简单、方便、容易实现、易于工业化生产、制备所得的sic涂层的结晶度高、与锆合金的结合力强、或者不易发生大面积剥落的在锆合金表面制备sic涂层的方法

在本发明的一个方面，本发明提供了一种在锆合金表面制备sic涂层的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将锆合金表面进行抛光处理；将进行所述抛光处理后的锆合金进行酸洗处理；利用等离子体增强化学气相沉积方法，在经过所述酸洗处理的锆合金的表面上形成sic涂层；对所述sic涂层进行等离子体轰击处理，所述等离子体轰击处理的工艺条件为：底部温度200-550℃，真空度10-190pa，ar流量160-400sccm，h2流量40-280sccm，放电功率40-600w，处理时间10-60min；于所述等离子体轰击处理温度下对经过所述等离子轰击处理的sic涂层保温5-20h。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且制备所得的sic涂层的结晶度高，与锆合金的结合力强，不易发生大面积剥落。

根据本发明的实施例，形成所述sic涂层的工艺条件为：底部温度130-480℃，侧壁温度80-4000℃，真空度10-230pa，ar流量150-460sccm，h2流量30-320sccm，ch4流量20-180sccm，sih4流量5-130sccm，放电功率30-700w，沉积时间30-260min。

根据本发明的实施例，经过所述酸洗处理后，所述锆合金表面的粗糙度为0.2-0.4μm。

根据本发明的实施例，所述酸洗处理是采用hf：hno3：h2o的质量比为(1-10)：(10-65)：(30-95)的混酸进行的，酸洗时间为30-500s。

根据本发明的实施例，在进行所述酸洗处理之后，形成所述sic涂层之前，进一步包括：对所述锆合金进行超声波清洗，所述超声波清洗的时间为10-30min。

根据本发明的实施例，在进行所述酸洗处理之后，形成所述sic涂层之前，进一步包括：对所述锆合金进行恒温恒压处理，所述恒温恒压处理的工艺条件为：底部温度100-260℃，压强1-50pa，处理时间4-12h。

根据本发明的实施例，在进行所述酸洗处理之后，形成所述sic涂层之前，进一步包括：对所述锆合金进行等离子体放电清洗，所述等离子体放电清洗的工艺条件为：底部温度150-500℃，侧壁温度100-350℃，真空度10-200pa，ar流量200-400sccm，h2流量50-300sccm，放电功率50-500w，清洗时间10-120min。

根据本发明的实施例，该方法包括将锆合金表面进行抛光处理；将进行所述抛光处理后的锆合金进行酸洗处理，所述酸洗处理是采用hf：hno3：h2o的质量比为(1-10)：(10-65)：(30-95)的混酸进行的，酸洗时间为30-500s，经过所述酸洗处理后，所述锆合金表面的粗糙度为0.2-0.4μm；对所述锆合金进行超声波清洗，所述超声波清洗的时间为10-30min；对所述锆合金进行恒温恒压处理，所述恒温恒压处理的工艺条件为：底部温度100-260℃，压强1-50pa，处理时间4-12h；对所述锆合金进行等离子体放电清洗，所述等离子体放电清洗的工艺条件为：底部温度150-500℃，侧壁温度100-350℃，真空度10-200pa，ar流量200-400sccm，h2流量50-300sccm，放电功率50-500w，清洗时间10-120min；利用等离子体增强化学气相沉积方法，在经过所述酸洗处理的锆合金的表面上形成sic涂层，形成所述sic涂层的工艺条件为：底部温度130-480℃，侧壁温度80-4000℃，真空度10-230pa，ar流量150-460sccm，h2流量30-320sccm，ch4流量20-180sccm，sih4流量5-130sccm，放电功率30-700w，沉积时间30-260min；对所述sic涂层进行等离子体轰击处理，所述等离子体轰击处理的工艺条件为：底部温度200-550℃，真空度10-190pa，ar流量160-400sccm，h2流量40-280sccm，放电功率40-600w，处理时间10-60min；于所述等离子体轰击处理温度下对经过所述等离子轰击处理的sic涂层保温5-20h。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种锆合金板材。根据本发明的实施例，该锆合金板材包括：锆合金；sic涂层，所述sic涂层形成于所述锆合金的表面上，其中，所述sic涂层是通过前面所述的方法制备的。发明人发现，该锆合金板材表面的sic涂层的结晶度高，与锆合金的结合力强，不易发生大面积剥落。

在本发明的又一个方面，本发明提供了一种锆合金包壳。根据本发明的实施例，该锆合金包壳的至少一部分是由前面所述的锆合金板材形成的。发明人发现，该锆合金包壳不易发生锆水反应、不易发生氧化腐蚀，也不易发生吸氢反应，进而提高了包括该锆合金包壳的核燃料元件在使用时的安全性，且具有前面所述的锆合金板材的所有特征和优点，在此不再过多赘述。

在本发明的再一个方面，本发明提供了一种核燃料元件。根据本发明的实施例，该核燃料元件包括：燃料芯体；前面所述的锆合金包壳，所述锆合金包壳包裹所述燃料芯体。发明人发现，该核燃料元件不易发生爆炸或者核泄漏，安全性好，且具有前面所述的锆合金包壳的所有特征和优点，在此不再过多赘述。

附图说明

图1显示了本发明一个实施例的在锆合金表面制备sic涂层的方法的流程示意图。

图2显示了本发明另一个实施例的在锆合金表面制备sic涂层的方法的流程示意图。

图3显示了本发明又一个实施例的在锆合金表面制备sic涂层的方法的流程示意图。

图4显示了本发明再一个实施例的在锆合金表面制备sic涂层的方法的流程示意图。

图5显示了本发明再一个实施例的在锆合金表面制备sic涂层的方法的流程示意图。

图6显示了本发明一个实施例的锆合金板材的剖面结构示意图。

图7显示了本发明一个实施例的锆合金包壳的剖面结构示意图。

图8显示了本发明一个实施例的核燃料元件的剖面结构示意图。

图9显示了本发明实施例1制备的sic涂层的表面形貌模拟图。

图10显示了本发明实施例1制备的sic涂层的sem照片(a图为比例尺200微米时的扫描电镜照片；b图为比例尺5微米时的扫描电镜照片)。

图11显示了本发明实施例1制备的sic涂层的eds能谱图。

图12显示了本发明实施例1制备的sic涂层的划痕实验照片(a)以及临界载荷测试结果(b)。

图13显示了本发明对比例1制备的sic涂层的表面形貌模拟图。

图14显示了本发明对比例1制备的sic涂层的sem照片(a图为比例尺50微米时的扫描电镜照片；b图为比例尺5微米时的扫描电镜照片)。

图15显示了本发明对比例1制备的sic涂层的划痕实验照片(a)以及临界载荷测试结果(b)。

附图标记：

100：锆合金板材110：锆合金120：sic涂层200：锆合金包壳300：核燃料元件301：燃料芯体

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种在锆合金表面制备sic涂层的方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法包括以下步骤：

s100：将锆合金表面进行抛光处理。

根据本发明的实施例，所述锆合金的种类不受特别限制，只要满足要求，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择，例如可以包括但不限于锆锡系锆合金或者锆铌系锆合金。由此，材料来源广泛、易得，既适用于沸水核反应堆也适用于压水核反应堆，且具有非常低的热中子吸收截面、硬度高、延展性和耐腐蚀性均较好。

根据本发明的实施例，对所述锆合金表面进行所述抛光处理所采用的介质不受特别限制。在本发明的一些实施例中，可以采用金刚砂对所述锆合金表面进行抛光处理。由此，抛光效果较好。

根据本发明的实施例，所述金刚砂的粒径可以为400-1600目。更进一步地，在本发明的另一些实施例中，所述金刚砂的粒径可以为600-1200目。在本发明一些具体的实施例中，所述金刚砂的粒径可以为600目、700目、800目、900目、1000目、1100目、1200目等。由此，进行抛光的介质的粒径适中，进行抛光以后所述锆合金表面的粗糙度适中，利于sic涂层与锆合金表面的结合。

s200：将进行所述抛光处理后的锆合金进行酸洗处理。

根据本发明的实施例，发明人对所述酸洗处理所采用的酸的种类、浓度，酸洗时间进行了大量深入地研究，发明人惊喜地发现，当所述酸洗处理是采用hf：hno3：h2o的质量比为(1-10)：(10-65)：(30-95)的混酸进行的，所述酸洗处理的时间为30-500s时，最后在锆合金表面形成的sic涂层与所述锆合金的结合力较好。在本发明一些具体的实施例中，所述酸洗处理所采用的hf-hno3-h2o混酸的质量比可以为1：10：30、6：36：63、10：65：95等，所述酸洗处理的时间可以为30s、100s、200s、300s、400s、500s等。由此，可以进一步使得所述sic涂层与所述锆合金的结合力较强。

根据本发明的实施例，在经过前面所述的抛光处理和所述酸洗处理以后，发明人对所述锆合金的表面粗糙度ra进行了大量周密的考察和实验验证，发明人发现，当经过前面所述的抛光处理和所述酸洗处理以后，所述锆合金的表面粗糙度为0.2-0.4μm时，最终在所述锆合金表面形成的sic涂层与所述锆合金的结合力较好。在本发明一些具体的实施例中，经过前面所述的抛光处理和所述酸洗处理以后，所述锆合金的表面粗糙度可以为0.2μm、0.3μm、0.4μm。由此，可以进一步提高所述sic涂层和所述锆合金的结合力。

s300：利用等离子体增强化学气相沉积方法，在经过所述酸洗处理的锆合金的表面上形成sic涂层。

根据本发明的实施例，在形成所述sic涂层时，发明人对所述等离子增强化学气相沉积法的工艺条件进行了大量周密的考察和实验验证，发明人发现，当形成所述sic涂层的工艺条件为底部温度130-480℃，侧壁温度80-4000℃，真空度10-230pa，ar流量150-460sccm，h2流量30-320sccm，ch4流量20-180sccm，sih4流量5-130sccm，放电功率30-700w，沉积时间30-260min时，形成的所述sic涂层与所述锆合金的结合力较强。在本发明一些具体的实施例中，形成所述sic涂层的工艺条件可以为底部温度400℃，侧壁温度300℃，真空度130pa，ar流量360sccm，h2流量60sccm，ch4流量160sccm，sih4流量100sccm，放电功率500w，沉积时间60min。由此，可以使得所述sic涂层和所述锆合金的结合力进一步提高。

s400：对所述sic涂层进行等离子体轰击处理。

根据本发明的实施例，发明人对所述等离子体轰击处理的工艺条件进行了周密的考察和大量的实验验证，发明人发现，欲形成与所述锆合金结合力良好的sic涂层，所述等离子体轰击处理的工艺条件必须满足：底部温度200-550℃，真空度10-190pa，ar流量160-400sccm，h2流量40-280sccm，放电功率40-600w，处理时间10-60min。在本发明一些具体的实施例中，所述等离子体轰击处理的工艺条件可以为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，放电功率380w，处理时间50min。由此，该等离子体轰击处理的工艺条件是发明人经过对sic涂层的形成进行了深入的研究之后得出的工艺条件，该等离子体轰击处理的工艺条件可以很好的减小sic涂层的应力，进而使得所述sic涂层与所述锆合金的结合力极好，临界载荷高达131mn。

s500：于所述等离子体轰击处理温度下对经过所述等离子轰击处理的sic涂层保温。

根据本发明的实施例，发明人对保温时的工艺条件进行了大量周密的考察和实验验证，发明人发现，于所述等离子体处理的工艺条件下对经过所述等离子轰击处理的sic涂层保温时，所述sic涂层与所述锆合金基体的结合力较好。

根据本发明的实施例，所述保温的时间不受特别限制，只要满足要求，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择。在本发明的一些实施例中，所述保温的时间可以为5-20小时。在本发明一些具体的实施例中，所述保温的时间可以具体为5小时、10小时、15小时、20小时等。由此，生产效率较高，同时可以保证所述sic涂层与所述锆合金的结合力较好。

在本发明的另一些实施例中，参照图2，在进行所述酸洗处理之后，形成所述sic涂层之前，进一步包括：

s600：对所述锆合金进行超声波清洗。

根据本发明的实施例，对所述锆合金进行超声波清洗的时间可以为10-30分钟。在本发明一些具体的实施例中，对所述锆合金进行超声波清洗的时间可以为10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟等。由此，生产效率较高，且由于在锆合金表面形成所述sic涂层之前，所述锆合金的表面较为洁净，因此所述sic涂层与所述锆合金的结合力进一步加强。

在本实施例中，s100至s500均与前面所述相同，在此不再过多赘述。

在本发明的又一些实施例中，参照图3，在进行所述酸洗处理之后，形成所述sic涂层之前，进一步包括：

s700：对所述锆合金进行恒温恒压处理。

根据本发明的实施例，所述恒温恒压处理的工艺条件可以为：底部温度100-260℃，压强1-50pa，处理时间4-12h。在本发明一些具体的实施例中，所述恒温恒压处理的工艺条件可以为底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。由此，可以使得sic涂层和所述锆合金的结合力进一步提高。

在本实施例中，s100至s500均与前面所述相同，在此不再过多赘述。

在本发明的再一些实施例中，参照图4，在进行所述酸洗处理之后，形成所述sic涂层之前，进一步包括：

s800：对所述锆合金进行等离子体放电清洗。

根据本发明的实施例，所述等离子体放电清洗的工艺条件可以为：底部温度150-500℃，侧壁温度100-350℃，真空度10-200pa，ar流量200-400sccm，h2流量50-300sccm，放电功率50-500w，清洗时间10-120min。在本发明的一些具体的实施例中，所述等离子体放电清洗的工艺条件具体为：底部温度200℃，侧壁温度200℃，真空度130pa，ar流量160sccm，h2流量100sccm，放电功率400w，清洗时间30min。由此，可以进一步提高所述sic涂层与所述锆合金之间的结合力。

在本实施例中，s100至s500均与前面所述相同，在此不再过多赘述。

在本发明的再一些实施例中，参照图5，该方法包括以下步骤：

s100：将锆合金表面进行抛光处理。

s200：将进行所述抛光处理后的锆合金进行酸洗处理。

s600：对所述锆合金进行超声波清洗。

s700：对所述锆合金进行恒温恒压处理。

s800：对所述锆合金进行等离子体放电清洗。

s300：利用等离子体增强化学气相沉积方法，在经过所述酸洗处理的锆合金的表面上形成sic涂层。

s400：对所述sic涂层进行等离子体轰击处理。

s500：于所述等离子体轰击处理温度下对经过所述等离子轰击处理的sic涂层保温。

根据本发明的实施例，在本实施例中所述的各个步骤，如抛光处理、酸洗处理、超声波清洗、恒温恒压处理、等离子体放电清洗、等离子体增强化学气相沉积、等离子体轰击处理、保温的工艺条件、参数、时间等，均与前面所述相同，在此不再过多赘述。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种锆合金板材100。根据本发明的实施例，参照图6，该锆合金板材100包括：锆合金110；sic涂层120，所述sic涂层120形成于所述锆合金110的表面上，其中，所述sic涂层120是通过前面所述的方法制备的。发明人发现，该锆合金板材100表面的sic涂层120的结晶度高，与锆合金110的结合力强，不易发生大面积剥落。

根据本发明的实施例，所述锆合金板材100的厚度不受特别限制，只要满足要求，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择。在本发明的一些实施例中，所述锆合金板材110的厚度可以为0.5-10mm。在本发明一些具体的实施例中，所述锆合金板材110的厚度可以具体为0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm。

在本发明的又一个方面，本发明提供了一种锆合金包壳。根据本发明的实施例，该锆合金包壳的至少一部分是由前面所述的锆合金板材形成的。发明人发现，该锆合金包壳不易发生锆水反应、不易发生氧化腐蚀，也不易发生吸氢反应，进而提高了包括该锆合金包壳的核燃料元件在使用时的安全性，且具有前面所述的锆合金板材的所有特征和优点，在此不再过多赘述。

根据本发明的实施例，参照图7，所述锆合金包壳200可以包括基层210，所述基层210由前面所述的锆合金形成；功能层220，所述功能层220由前面所述的sic涂层形成，且包裹所述基层210。需要说明的是，所述锆合金包壳表面应当具有开口(图中未示出)，以便装入燃料芯体形成核燃料元件。

在本发明的再一个方面，本发明提供了一种核燃料元件。根据本发明的实施例，参照图8，该核燃料元件300包括：燃料芯体301；前面所述的锆合金包壳200，所述锆合金包壳200包裹所述燃料芯体301。发明人发现，该核燃料元件300不易发生爆炸或者核泄漏，安全性好，且具有前面所述的锆合金包壳的所有特征和优点，在此不再过多赘述。

根据本发明的实施例，所述核燃料元件的种类不受特别限制，只要满足要求，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择，例如可以包括但不限于核燃料棒、核燃料板、核燃料球等，在此不再过多赘述。

下面详细描述本发明的实施例。

实施例1

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为600目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为5：50：45的混酸进行的，酸洗时间为240s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为98％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度200℃，侧壁温度200℃，真空度130pa，ar流量160sccm，h2流量100sccm，放电功率为400w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度300℃，真空度为130pa，ar流量360sccm，h2流量60sccm，ch4流量160sccm，sih4流量100sccm，放电功率为500w，沉积时间60min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，放电功率380w，处理时间50min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，处理时间10h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

图9显示了本发明实施例1制备的sic涂层的表面形貌模拟图。由图9可知锆合金表面的粗糙度为0.6微米，具有一定粗糙度的表面，有利于sic涂层与锆合金的结合。

图10显示了本发明实施例1制备的sic涂层的sem照片。在图10中，在锆合金表面形成的sic涂层较为平坦(参见a图)；sic涂层与锆合金结合紧密(参见b图)。

图11显示了本发明实施例1制备的sic涂层的eds能谱图。由图可知sic涂层中化学组成为si、c及少量的o。

图12显示了本发明实施例1制备的sic涂层的划痕实验照片(a)以及临界载荷测试结果(b)。由图可知临界载荷达131mn，划痕处sic涂层未出现大面积剥落现象，可判定sic涂层与锆合金结合良好。

实施例2

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1200目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为9：21：70的混酸进行的，酸洗时间为100s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为20min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度250℃，压强10pa，处理时间12h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度60pa，ar流量280sccm，h2流量80sccm，放电功率为300w，清洗时间10min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度380℃，侧壁温度300℃，真空度为100pa，ar流量400sccm，h2流量100sccm，ch4流量180sccm，sih4流量50sccm，放电功率为50w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度330℃，真空度30pa，ar流量260sccm，h2流量280sccm，放电功率590w，处理时间15min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度330℃，真空度30pa，ar流量260sccm，h2流量280sccm，处理时间15h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

实施例2的实验结果与实施例1的实验结果相近，由此表明sic涂层与锆合金结合良好。

对比例1

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1800目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为15：70：15的混酸进行的，酸洗时间为550s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度20pa，ar流量350sccm，h2流量130sccm，放电功率为145w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度350℃，真空度为130pa，ar流量300sccm，h2流量250sccm，ch4流量100sccm，sih4流量130sccm，放电功率为500w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度130℃，真空度200pa，ar流量100sccm，h2流量300sccm，放电功率35w，处理时间8min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度450℃，真空度260pa，ar流量100sccm，h2流量370sccm，处理时间2h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

图13显示了本发明对比例1制备的sic涂层的表面形貌模拟图。由图可知锆合金表面的粗糙度为0.117微米，比较光滑，不利于sic涂层与锆合金基体的结合。

图14显示了本发明对比例1制备的sic涂层的sem照片。由图a、图b可知，在锆合金表面形成了硅团簇，由此可以得知sic涂层与锆合金结合不够紧密。

图15显示了本发明对比例1制备的sic涂层的划痕实验照片(a)以及临界载荷测试结果(b)。由图可知临界载荷仅为122mn，划痕处sic涂层出现大面积剥落，可判定sic涂层与锆合金结合不佳。

对比例2

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1800目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为15：70：15的混酸进行的，酸洗时间为550s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度20pa，ar流量350sccm，h2流量130sccm，放电功率为145w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度350℃，真空度为130pa，ar流量300sccm，h2流量250sccm，ch4流量100sccm，sih4流量130sccm，放电功率为500w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度130℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，放电功率380w，处理时间50min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，处理时间10h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

临界载荷仅为95mn，划痕处sic涂层出现大面积剥落，可判定sic涂层与锆合金结合不佳。

对比例3

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1800目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为15：70：15的混酸进行的，酸洗时间为550s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度20pa，ar流量350sccm，h2流量130sccm，放电功率为145w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度350℃，真空度为130pa，ar流量300sccm，h2流量250sccm，ch4流量100sccm，sih4流量130sccm，放电功率为500w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度350℃，真空度200pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，放电功率380w，处理时间50min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，处理时间10h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

临界载荷仅为102mn，划痕处sic涂层出现大面积剥落，可判定sic涂层与锆合金结合不佳。

对比例4

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1800目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为15：70：15的混酸进行的，酸洗时间为550s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度20pa，ar流量350sccm，h2流量130sccm，放电功率为145w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度350℃，真空度为130pa，ar流量300sccm，h2流量250sccm，ch4流量100sccm，sih4流量130sccm，放电功率为500w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量100sccm，h2流量60sccm，放电功率380w，处理时间50min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，处理时间10h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

临界载荷仅为107mn，划痕处sic涂层出现大面积剥落，可判定sic涂层与锆合金结合不佳。

对比例5

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1800目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为15：70：15的混酸进行的，酸洗时间为550s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度20pa，ar流量350sccm，h2流量130sccm，放电功率为145w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度350℃，真空度为130pa，ar流量300sccm，h2流量250sccm，ch4流量100sccm，sih4流量130sccm，放电功率为500w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量300sccm，放电功率380w，处理时间50min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，处理时间10h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

临界载荷仅为85mn，划痕处sic涂层出现大面积剥落，可判定sic涂层与锆合金结合不佳。

对比例6

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1800目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为15：70：15的混酸进行的，酸洗时间为550s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度20pa，ar流量350sccm，h2流量130sccm，放电功率为145w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度350℃，真空度为130pa，ar流量300sccm，h2流量250sccm，ch4流量100sccm，sih4流量130sccm，放电功率为500w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，放电功率35w，处理时间50min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，处理时间10h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

临界载荷仅为93mn，划痕处sic涂层出现大面积剥落，可判定sic涂层与锆合金结合不佳。

对比例7

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1800目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为15：70：15的混酸进行的，酸洗时间为550s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度20pa，ar流量350sccm，h2流量130sccm，放电功率为145w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度350℃，真空度为130pa，ar流量300sccm，h2流量250sccm，ch4流量100sccm，sih4流量130sccm，放电功率为500w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，放电功率380w，处理时间8min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，处理时间10h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

临界载荷仅为78mn，划痕处sic涂层出现大面积剥落，可判定sic涂层与锆合金结合不佳。

对比例8

在锆合金上制备sic涂层的方法，包括以下步骤：

(1)将锆合金基体进行机械抛光处理，所用抛光介质为1800目的金刚砂。

(2)将步骤(1)所制得的锆合金进行酸洗处理，酸洗处理是采用的hf：hno3：h2o的质量比为15：70：15的混酸进行的，酸洗时间为550s。在进行酸洗处理后，利用光学表面轮廓仪测试锆合金的表面粗糙度。

(3)将步骤(2)所制得的锆合金在浓度为95％的酒精中进行超声波清洗，清洗时间为13min，然后用高纯n2吹干。

(4)将步骤(3)所制得的锆合金进行恒温恒压处理，具体的工艺为：底部温度120℃，压强1pa，处理时间5h。

(5)将步骤(4)所制得的锆合金进行放电等离子清洗，清洗工艺为：底部温度280℃，侧壁温度280℃，真空度20pa，ar流量350sccm，h2流量130sccm，放电功率为145w，清洗时间30min。

(6)将步骤(5)所制得的锆合金进行sic涂层的沉积，沉积工艺为：底部温度400℃，侧壁温度350℃，真空度为130pa，ar流量300sccm，h2流量250sccm，ch4流量100sccm，sih4流量130sccm，放电功率为500w，沉积时间100min。

(7)将步骤(6)所制得的sic涂层进行等离子体轰击处理，具体工艺为：底部温度350℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，放电功率380w，处理时间50min。

(8)将步骤(7)所制得的sic涂层保温，具体工艺为：底部温度450℃，真空度50pa，ar流量300sccm，h2流量60sccm，处理时间10h，对得到的sic涂层进行划痕实验，并测试sic涂层的临界载荷，检测标准《gb/t30707-2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法》。

实验结果：

临界载荷仅为108mn，划痕处sic涂层出现大面积剥落，可判定sic涂层与锆合金结合不佳。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。