摘要：金属铀具有独特的核性能，在核工业领域得到广泛应用，但其化学性质十分活泼，在高湿和盐雾环境中极易遭受腐蚀，因而解决铀的易腐蚀问题已成为其应用的关键工程技术之一。早在上世纪60年代， Bland 等采用蒸发镀、磁控溅射离子镀等技术在铀表面制备Al、Cu、Ni等镀层，取得了一定的效果。我国从20 世纪末开始铀表面磁控溅射镀铝、铝钛复合镀层，多弧镀Ti/TiN多层膜， 有效改善了基体的抗腐蚀性能。CrN薄膜具有更高的硬度， 良好耐磨性、抗氧化、抗腐蚀性能，更低的内应力。因此，本工作采用磁控溅射技术在金属铀表面制备CrN薄膜， 采用扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱及动电位极化曲线研究氮分压对CrN薄膜组织结构与腐蚀性能的影响。

　　实验结果与分析：

　　采用SEM对薄膜断面形貌分析表明，当氮分压较小时，生成的薄膜呈纤维状结构，当氮分压增大到9.2×10-2 Pa时，薄膜的致密性明显增加，柱状晶基本消失，进一步增大氮分压，生成的薄膜结构又逐渐呈现柱状晶形貌，与氮流量较低时的结构非常相似。

　　XRD图谱分析发现，随着氮分压的变化，薄膜的物相结构由不同比例的立方相Cr、六方Cr2N和立方CrN构成。在较低氮分压时，薄膜主要为体心立方的α-Cr.与无氮环境下制备的金属Cr膜相比，其衍射峰强度减小，半高宽增大，其衍射峰位向低角度方向发生了偏移，这可能是由于薄膜中氮含量的增加，造成薄膜的晶格发生膨胀和变形所致。当氮分压增大到9.2×10-2 Pa时，形成了Cr2N,当氮分压继续增大时， 产生的氮离子增多， 氮离子与Cr离子反应较充分， 生成的薄膜为Cr2N+CrN混合相。

　　XPS分析表明，当氮分压较低时，薄膜中氮原子的含量约为10at%,随着氮分压的增大，薄膜表面的Cr元素的含量下降，而氮元素的含量呈线性增加，当氮分压增大到9.2×10-2 Pa时，  氮原子的相对含量达到30at%.XRD分析发现薄膜中生成了Cr2N相，这与Cr-N二元平衡相图的结果基本一致。

　　电化学极化曲线测试表明，在金属铀表面制备一层CrN薄膜后，其极化曲线发生正移，自然腐蚀电位增大，腐蚀电流密度明显降低，在氮分压为9.2×10-2 Pa时获得的薄膜的自然腐蚀电位提高了近550 mV左右，腐蚀电流密度降低约两个数量级，薄膜表面出现“伪钝化”现象，其击穿电位大幅提高，有效改善了贫铀表面的抗腐蚀性能。

　　结论：

　　采用磁控溅射技术在金属铀表面制备了CrN薄膜，氮分压对薄膜的致密性具有较大的影响，薄膜结构随着氮分压的变化而变化，镀膜金属铀的腐蚀电位大幅提高，腐蚀电流密度急剧下降，有效改善了贫铀的抗腐蚀性能。

　　关键词：金属铀，氮分压，薄膜，腐蚀性能

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