金屬鈾在核燃料領域有著非常重要的應用,然而由于鈾擁有特殊的外層電子,因此性質非常活潑,極易遭受腐蝕,鈾的使用過程中必須考慮腐蝕防護。通過物理氣相沉積的方法在鈾表面制備防腐蝕薄膜是一種有效地防腐蝕手段,但是實際工藝中,鈾易氧化的特性使得膜基界面形成氧化層,影響長期應用中的膜基結合力。本文采用離子氮化技術對鈾進行預處理,采用磁控濺射技術在鈾和氮化鈾表面鍍Ti薄膜進行對比,利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射、X射線光電子能譜、俄歇電子能譜等對薄膜和膜基界面進行物相和元素分析,對氮化預處理對于膜基結合的影響進行研究。為了檢驗薄膜的抗腐蝕能力和膜基結合強度,對樣品進行了電化學分析和壓痕分析。對離子氮化后的樣品進行X射線衍射分析,結果表明表面主要為三氮化二鈾。離子氮化后至鍍膜之前,需要經過一系列的鍍膜前處理,考察氮化鈾在鍍膜前處理過程中的穩定性,采用俄歇電子能譜深度剖析對前處理過程中的氮化鈾樣品進行分析,結果表明,氮化鈾在短時間大氣放置、真空烘烤過程中基本無變化,氬離子濺射處理過程對氮化鈾表面產生一定的影響。采用1.5 KV、16 KV和36 KV的氬離子對氮化鈾進行轟擊,利用X射線光電子能譜深入分析離子濺射對氮化鈾的影響,結果表明,隨著轟擊能量的增加,表面成分變化為UNxOy-UO2-UO2+x.表面氧化程度增加,但離子轟擊對氮化鈾的影響主要發生在表面,并未影響到整個氮化鈾的結構。通過磁控濺射在鈾和氮化鈾表面分別制備得到Ti薄膜,所獲得薄膜的晶面取向并不一致,分析表明膜基過渡層的改變使得薄膜沉積的晶面取向變化。XPS對界面的深度剖析表明,鈾表面鍍Ti薄膜膜基過渡層主要成分為金屬鈾和氧化鈾共存,而氮化鈾表面鍍Ti薄膜的界面只有很薄的氧化鈾層,深度剖析后迅速變為氮化鈾,氧化層的厚度大大減小,并且基底為氮化鈾的情況下,氧的擴散難以進行,膜基結合更加有利。高真空環境下氮化鈾表面鍍Ti的AES分析驗證了氮化預處理對于界面的調控作用,氧化過渡層可以控制在AES表征范圍之內。而N元素的KLL譜有向高能端移動的趨勢,表明有低價態的氮元素的存在,可能是由于N元素與Ti發生發應形成低價態的鈦氮化物,對于膜基結合的加強十分有利。鈾表面鍍Ti和氮化鈾表面鍍Ti的電化學分析結果表明,氮化鈾表面鍍Ti薄膜的自腐蝕電位較高,動電位極化曲線的斜率較大,而電化學阻抗譜的容抗弧較大,低頻端阻抗幅值大,各方面防腐蝕能力都強于鈾表面鍍Ti薄膜。在維氏硬度計上采用壓痕法對膜基結合強度進行表征,鈾表面鍍Ti薄膜在壓力為3 N時出現表面裂紋,而氮化鈾表面鍍Ti薄膜在壓力為5N時出現表面裂紋,通過模型計算,二者的膜基結合力分別為278.45 MPa和322.59 MPa,氮化鈾表面鍍Ti膜基結合力更強。性能考察表明氮化預處理對Ti薄膜防腐蝕性能和膜基結合都有良好的改善作用。