铀表面等离子体浸没离子氮化技术研究

摘要

采用等离子体浸没离子注入(PⅢ)技术研究了在铀表面实施等离子体离子氮化的可能性，探讨了氮化过程的影响因素。采用俄歇电子能谱、光电子能谱、激光拉曼谱仪、透射电子显微镜和X射线衍射分析仪对氮化层的组织结构进行了表征，采用湿热腐蚀方法、高温原位加热结构分析方法分析铀表面氮化后抗腐蚀行为。结果表明，控制PⅢ工艺参数可在铀表面实现一定程度的氮化，采取注入氮化方式获得的氮化深度虽然不及传统离子氮化效果，但与注入深度相比，提高近—个数量级；温度和脉宽是获得氮化的关键参数，在中能范围内，脉冲电压对氮化影响较小，但能量过低(1KV)不能在铀表面实现氮化。氮化层形成了弥散分布的U2N3氮化物，同时由于氧化，氮化层含有氧化铀，U∶(N+O)接近1∶1。由于氮化层的组织结构得到改善，氮化后铀的抗100 ℃湿热腐蚀能力显著提高，且这种氮化层的组织结构在大气腐蚀环境下可稳定保持在200℃左右。