金属铀作为核工业中不可替代的特殊金属功能材料，在科学研究和工程应用方面具有重要的学术价值。但由于铀基材塑性差、化学性质活泼，在使役过程中，铀表面易发生氧化腐蚀、磨损，进而表面出现破裂和剥落现象，影响其物理、化学及核性能。此外，金属铀有极强的放射性，因腐蚀、磨损产生的氧化物若未及时处理，将严重污染环境，威胁人类正常生活。因此，亟需开发提高铀基材表面防护性的有效策略。对铀基材表面成分、组织结构进行合理改性以提升铀基材硬度是增强其耐蚀耐磨性的有效途径。目前，通过表面激光氮化技术提高铀基材耐蚀耐磨性已取得一定进展，但在复杂条件下铀基材改性层易被磨损腐蚀的问题仍亟待解决。此外，为保证表面改性后的铀基材耐蚀耐磨性能的稳定，还需考虑降低表面摩擦系数，以减弱摩擦界面的直接磨蚀问题。
关键词：金属铀，核工业，氧化腐蚀，摩擦磨损，表面防护
研究思路：在本系列研究中，我们提出铀（钛）基材表面纳米润滑/微织构/氮化三元耦合的耐磨耐蚀改性路线，并通过激光氮化、激光微织构和纳米润滑技术，在赋予铀基材表面优异耐蚀性能的同时，降低基材表面的摩擦系数，提高基材表面的耐磨性能。其中氮化层可以在钝化基材表面的同时提高基材硬度，保护微织构的完整性；纳米润滑材料可显著降低基材表面的摩擦系数，避免摩擦副之间的严重磨损；表面微织构可储存润滑材料和磨粒磨屑，减降低磨损面积并少磨粒磨损。
研究表明：激光表面氮化改性层可将基材表面的硬度由4 GPa提高到7.5 GPa，并且钝化铀基材表面，提高其耐氧化腐蚀性能；氮化层中铀表面形成的微纹理能够有效地储存磨粒、磨损碎屑以及纳米润滑材料，从而确保摩擦系数低于0.05，这一数值远低于贫铀通常具有的0.5至0.6的摩擦系数；该微米级复合保护层展现出强大的抗辐射性能，并且在经过 240 天的辐射后仍能保持稳定的抗腐蚀性，有望为解决铀表面在严重辐射条件下出现的磨损和腐蚀问题提供新的思路。这种三元协同防护策略有望为解决强辐照条件下金属表面的耐磨、耐蚀改性提供新思路。相关成果已分别发表在领域权威期刊Journal of Nuclear Materials. 607（2025）155696和Surface and Coatings Technology. 492（2024）131220.
 

金属铀，核工业，氧化腐蚀，摩擦磨损，表面防护