《Surface and Coatings Technology》：Thermal cycling tests of APS and SPS TBC systems on additively manufactured samples with cooling holes
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熔盐电沉积在铀氮化物基底上制备均匀金属锆涂层，研究电流密度与电荷量对涂层结构和厚度的影响，发现厚度约100.72μm±22.54μm的优质涂层，并验证电极定向方法对沉积效果的关键作用。
Jarom Chamberlain | Hannah Patenaude | Adrien J. Terricabras | Joshua T. White | Rami Batrice | Tim Coons | Marisa Monreal
无机化学、同位素化学和锕系元素化学（C-IIAC），美国洛斯阿拉莫斯国家实验室
摘要
采用熔盐电沉积法在氮化铀基底上沉积了一层保护性锆涂层。氮化铀可作为先进核反应堆和核热推进系统的燃料。通过系统化的熔盐电沉积方法，在氮化铀圆柱体上制备了均匀的金属锆涂层。文中描述了电化学电池的设置方式，并介绍了两种不同的用于固定氮化铀基底作为工作电极的方法。研究了多种沉积过程中的电参数，如氧化脉冲、占空比和电流密度。沉积完成后，利用扫描电子显微镜和能量色散光谱分析了涂层结构；X射线计算机断层扫描技术用于三维空间下观察基底与涂层的界面。最终在氮化铀上沉积的金属锆涂层平均厚度为100.72 μm ± 22.54 μm。金属锆的沉积效果受施加电流密度的影响，而涂层结构则取决于通过系统的总电荷量。涂层结构均匀，无微裂纹或夹杂物；当使用金属篮子作为氮化铀的工作电极时，未观察到任何沉积现象。
章节摘录
引言与背景
氮化铀（UN）被认为是一种适合涂覆保护层的基底，适用于先进核反应堆和核热推进系统[[1], [2], [3], [4], [5]]。然而，作为核燃料时，氮化铀存在一些局限性，例如在运行过程中会开裂并加速释放自由铀[[6]]。这些缺陷源于燃料所处的高氧化环境[[7], [8], [9], [10], [11]]。例如，
设备
所有涉及熔盐的测量和实验均在惰性手套箱环境中进行。所使用的手套箱为VAC NextGen型号，内部充满氩气，氧气和水分含量保持在1 ppm或更低水平。电化学测量和电沉积过程中，电位计（CH Instruments 1140C，灵敏度范围：1 × 10^?9–0.001 A/V）与手套箱相连。此外，还使用了马弗炉（MTI Corporation KSL-1100X）将盐加热至所需工作温度。
结果与讨论
表1列出了四次电沉积实验的详细信息。前三次实验中，通过电化学电池的电荷量分别为200 C和300 C；EDepo4实验的电荷量与EDepo1相同，为200 C。其他实验的持续时间取决于所进行的循环次数。
结论
通过熔盐电沉积法，研究了将金属锆沉积在氮化铀基底上的效果。本研究系统地探讨了与电沉积过程相关的电参数及其他工艺设置。尽管得出了关于某些电参数的合理结论，但并未涵盖所有可能的电参数和工艺条件。
作者贡献声明
Jarom Chamberlain：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法论设计、实验设计、资金申请、数据分析、概念构思。
Hannah Patenaude：数据验证、方法论设计、实验设计、数据分析、概念构思。
Adrien J. Terricabras：撰写、审稿与编辑、资源调配、实验设计。
Joshua T. White：实验监督、资源协调。
Rami Batrice：数据可视化、结果验证、实验监督、方法论协助。
资金来源
本项目得到了“实验室定向研究与发展”计划的支持（项目编号：20240478CR），资助方为位于洛斯阿拉莫斯国家实验室的Seaborg研究所（先进锕系元素科学技术中心）。
利益冲突声明
Jarom Chamberlain、Rami Batrice、Tim Coons和Marisa Monreal共同持有专利US 63/714,509，该专利涉及利用电沉积技术在锕系元素基底上制备保护性金属涂层的相关技术，目前该专利正在洛斯阿拉莫斯国家实验室审核中。
