在反应堆冷却系统失水事故(LOCA)中，高温下锆合金易与水蒸汽反应导致包壳严重氧化，并因锆合金吸氢致使包壳脆化，最终包壳材料失效导致裂变产物泄露，严重威胁核电站安全运行。众多涂层中，Cr涂层是耐事故燃料(ATF)包壳候选涂层，在高温蒸汽或高温高压水环境中具有优异的抗氧化性和耐腐蚀性能。然而，高温蒸汽环境中保护性Cr涂层与锆基体界面附近易发生严重的互扩散，生成ZrCr₂相，这不仅导致Cr₂O₃-Cr双层结构有效厚度减小，而且由于拓扑密堆结构的脆性ZrCr₂相容易吸氢，降低Cr涂层/Zr包壳体系韧性。
本文使用微弧氧化(MAO)技术在Zr–1Nb合金表面制备MAO膜，随后采用磁过滤阴极真空弧离子镀(FCVAD)技术沉积Cr层组成均匀致密的MAO/Cr复合膜，MAO膜和Cr涂层厚度分别为8.3 μm和8.0 μm。借助热重分析仪(TGA)评估Zr–1Nb合金、微弧氧化(MAO)膜、Cr涂层和MAO/Cr复合膜在1200℃蒸汽环境中的抗氧化性，考察复合膜氧化前后的截面结构、物相组成、成分深度分布。结果表明，1200℃蒸汽环境中，MAO膜、Cr涂层和MAO/Cr复合膜的最终氧化增重分别为34.59 mg/cm²、23.32 mg/cm²和14.87 mg/cm²，约为锆合金基体的88.6%、60.0%和38.0%，MAO/Cr复合膜进一步提高了Zr–1Nb合金的抗蒸汽氧化性能。蒸汽氧化初期，MAO/Cr复合膜外表面Cr涂层首先被氧化生成均匀致密的Cr₂O₃膜，当Cr层被消耗完后，Cr₂O₃/Zr界面上部分Cr₂O₃被Zr还原成金属Cr，Zr–1Nb合金基体氧化生成ZrO₂。蒸汽氧化过程中，MAO/Cr复合膜中MAO膜中间层逐渐溶解于Zr–1Nb合金基体，发生M-ZrO₂向Zr₃O相转变，最终形成Zr(O)固溶体。但是MAO膜中间层依然延缓了氧向锆基体内扩散，抑制了Cr、Zr互扩散，进一步抑制锆基体内富Cr偏析相析出及ZrO₂内层膜中ZrCr₂O₅相的形成。此外，当MAO/Cr复合膜外表面Cr涂层被消耗完后，还原形成的金属Cr层中存在ZrO₂通道，为氧原子进入Zr–1Nb合金基体提供了快速扩散路径。
 

Zr–1Nb合金，MAO/Cr复合膜，高温蒸汽氧化