Structure and properties of FeCr, CrAl and FeCrAl coatings deposited by cathodic arc evaporation

Abstract

Protective coatings with different compositions of Fe, Cr, and Al were deposited by cathodic arc evaporation method on fragments of Zr1Nb alloy fuel claddings. The influence of the composition and structural state of the developed coatings on their physical and mechanical properties (microhardness, resistance to corrosion and cavitation and abrasive wear) has been studied. It is shown that the optimal combination of mechanical properties and high resistance to oxidation from a series of studied coatings FeCr, FeCrAl, and CrAl have coatings of the FeCrAl system with a concentration of Cr ⁓ 22 at.% and Al ⁓ 14.3 at.%. It was found that protective coatings such as FeCr, FeCrAl, and CrAl with a thickness of ⁓ 12 μm significantly increase the resistance to oxidation and prevent the destruction of fuel claddings under oxidation in air at a temperature of 1150 °C for 1 h.

Вакуумно-дуговим методом нанесені захисні покриття різного складу з катодів Fe, Cr, Al та CrAl на фрагменти твельних оболонок зі сплаву Zr-1%Nb. Досліджені структурні особливості, механічні та корозійні властивості осаджених покриттів. Встановлено вплив складу та структури розроблених покриттів на їх фізико-механічні властивості (мікротвердість, стійкість до корозії та кавітаційного і абразивного зносу). Показано, що оптимальним поєднанням механічних властивостей і високою стійкістю до окислення з серії досліджених покриттів: FeCr, FeCrAl та CrAl, мають покриття системи FeCrAl з концентрацією Cr ⁓ 22 ат.% та Al ⁓ 14,3 ат.%. Встановлено, що захисні покриття типу фехраль FeCrAl та CrAl товщиною ⁓ 12 мкм суттєво підвищують стійкість до окислення та запобігають руйнуванню оболонок твелів в умовах окислення на повітрі при температурі 1150 °С впродовж 1 год.

Вакуумно-дуговым способом нанесены покрытия различного состава из катодов Fe, Cr, Al и CrAl на фрагменты твэльных оболочек из сплава Zr-1%Nb. Исследованы структурные особенности, механические и коррозионные свойства осажденных покрытий. Установлено влияние состава и структуры разработанных покрытий на их физико-механические свойства (микротвердость, устойчивость к коррозии и абразивному, и кавитационному воздействию). Показано, что оптимальным сочетанием механических свойств и высокой стойкостью к окислению из серии исследованных покрытий: FeCr, FeCrAl и CrAl, имеют покрытия системы FeCrAl с концентрацией Cr ⁓ 22 ат.% и Al ⁓ 14,3 ат.%. Установлено, что покрытия типа фехраль FeCrAl и CrAl толщиной ⁓ 12 мкм существенно повышают устойчивость к окислению и предотвращают разрушение оболочек твэлов в условиях окисления на воздухе при температуре 1150 °С в течение 1 ч.