為了防止金屬鈾的腐蝕，本文采用激光輔助化學氣相沉積在鈾上制備了鋁薄膜。采用掃描電鏡、X射線衍射、俄歇電子探針分析了薄膜的形貌、物相以及界面特性，并采用電化學極化曲線對薄膜的抗腐蝕性能分析。結果表明，無激光輻照CVD沉積鋁薄膜呈微球狀，激光輻照后形成了鋁薄膜。激光能量低于100mJ所形成的鋁薄膜致密、平整、光滑。較高能量下，薄膜出現火山坑形貌，粗糙度增加。界面處存在UAl2以及UAl3相，且界面處鋁以及鈾元素成分呈梯度變化。電化學實驗表明:鈾上激光CVD鋁具有優異的抗腐蝕性能，抗腐蝕性能的提高源于薄膜的致密性提高以及界面處形成了鈾鋁化合物。

　　鈾是重要的核材料，易遭受腐蝕導致性能降低。其較強的放射性以及活性增加了表面改性的難度。目前在鈾上應用較多的是物理氣相沉積技術以及離子注入技術等，(如磁控濺射沉積鋁薄膜、多弧離子鍍沉積鈦/氮化鈦薄膜等)。物理氣相沉積(PVD)技術的缺點是薄膜和基底之間存在膜-基界面，薄膜容易發生剝落、鼓泡等現象導致鍍層失效。另外薄膜本身可能存在微孔、針孔，成為腐蝕性氣體的擴散通道。腐蝕性氣體擴散到膜基界面與活潑的鈾基底反應，也會導致鍍層剝落失效。離子注入克服了鍍層技術膜基界面問題，但是其注入溫度比較高，會引起薄壁件變形，對鈾合金而言相當于一次退火，破壞了原有的熱處理工藝。同時較高的溫度引起鈾等材料與真空室內殘存的氧發生反應生成較厚的氧化物薄膜，從而影響防腐蝕效果。這些技術還存在一個共同的弱點是真空室非常復雜，不利于維護以及防護。

　　化學氣相沉積(CVD)技術是把氣相前驅物以及反應氣體加溫分解、化合反應生成固態產物沉積在樣品表面[8]。該技術有別于物理氣相沉積，具有設工件形狀要求低，容易維護以及防護等特點，適合強放射性材料處理。但是其也有膜-基界面，鍍層也存在鼓泡、剝落等問題。并且鍍層中也可能存在有針孔以及微孔，影響抗腐蝕性能，有必要加以改進。激光特別是脈沖激光具有平均功率小，作用深度淺(微米量級)，能從真空室外引入等優點，在不改變原有主體技術、工藝、設備的情況下進行改進。本文采用激光輔助CVD在鈾表面沉積金屬薄膜，嘗試克服化學氣相沉積以上弱點，但保持CVD設備簡單易于防護的特點。首先利用激光表面加熱功能使薄膜與基底實現合金化消除膜-基界面；其次利用激光加熱對薄膜進行重融實現致密化，消除針孔、微孔。以上過程同步進行，激光多次掃描使薄膜在整個表面沉積，多次掃描加熱使薄膜致密化，直到生長出一定厚度薄膜。

1、實驗內容與方法

　　1.1、樣品制備

　　在脈沖激光濺射沉積系統上，通過加裝激光掃描器以及CVD進樣系統建立了激光CVD系統。激光掃描器為龍門機械臂結構，三個方向軸上裝有激光反射鏡，激光能夠在X、Z兩個方向上進行面掃描，掃描面積70mm×70mm，Y方向上進行前后調節控制激光焦距。最后一級反射鏡后裝有焦距1m的聚焦透鏡，焦點位于樣品臺上。進樣系統采用油浴加熱CVD源灌，氬氣作為載氣帶動CVD源氣體進入真空室。載氣流量采用質量流量計控制，起初源氣體以及載氣混合氣體也采用質量流量計控制。激光窗口正對樣品臺，樣品臺能夠前后調節以保持激光聚焦性質。鋁薄膜沉積采用二甲基氫化鋁(DMAH)作為鋁源。金屬鈾加工成Φ15mm×3mm的小樣品，水砂紙逐級打磨表面至500#，清洗吹干后放入CVD真空室。激光CVD實驗在經過改造的激光CVD實驗系統上進行。激光器為Compexpro201型KrF準分子激光器，激光波長248nm。真空為直徑300mm球形真空室，實驗本底真空為5×10-4Pa。脈沖激光經過4次反射聚焦在樣品表面。激光掃描器沿X方向掃描，每掃描一行后，然后掃描第二行。通過大量的探索實驗，確定DMAH源的溫度為28℃，激光掃描速率為2.1mm/s，激光脈沖頻率為10Hz。通過Ar作為載氣，調節激光脈沖能量以及沉積溫度等參數進行不同工藝沉積實驗。

表1 激光輔助CVD實驗工藝參數

　　1.2、分析方法

　　(1)薄膜表面形貌采用KYKY-1010B型掃描電子顯微鏡(SEM)進行觀察。表面物相分析在Philips公司X'PertPro型X射線衍射(XRD)儀測定表面物相，X'PertPro型XRD儀的工作條件為:CuKα射線，步長0.03°，積分時間0.5s。

　　(2)電化學腐蝕實驗在PARSTAT2263DC+AC一體化電化學綜合測試儀系統上進行，樣品為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，高純石墨棒為輔助電極，電化學腐蝕介質為3.5%(質量比)的氯化鈉溶液，溫度為室溫。動電位極化的電位掃描范圍為-50～+800mV(相對腐蝕電位)，掃描速度為2mV/s。

　　(3)PHI650SAM俄歇譜儀剖析鍍層界面元素分布。俄歇電子能譜(AES)分析參數:超高真空室背底真空度優于3×10-7Pa，激發電子能量3keV、能量分辨率0.25%、電子能量掃描步長0.2eV、電子束流150nA，譜儀采用同軸鏡筒分析器。Ar+濺射參數:離子能量4keV、濺射面積1mm×1mm、離子束流2.4μA。

3、結論

　　(1)無激光輻照CVD沉積鋁薄膜呈微球狀，激光輻照后形成了鋁薄膜。激光能量低于100mJ所形成的鋁薄膜致密、平整、光滑。較高能量下，薄膜出現火山坑形貌，粗糙度增加；

　　(2)鋁以及鈾的界面發生了合金化，存在UAl2以及UAl3相，且界面處Al以及鈾元素成分呈梯度變化；

　　(3)電化學實驗表明鈾上激光CVD鋁具有優異的抗腐蝕性能，抗腐蝕性能的提高源于薄膜的致密性提高以及界面處形成了鈾鋁化合物。