CN108486537A - 一种用于锆合金的非晶防护涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锆合金的非晶防护涂层，涂层成分为Cr_xAl_ySi_zN_{100‑x‑y‑z}，x＝42.0～51.9，y＝20.3～25.5，z＝5.2～9.6，x,y,z为对应原子的原子百分比。所述非晶防护涂层的密度在4.3～4.8g/cm³，无贯穿性空隙，涂层厚度为2～6μm。本发明还公开了所述用于锆合金的非晶防护涂层的制备方法，通过调节N₂/Ar比例，调整靶材的溅射功率密度和辅助等离子体的功率密度，对锆合金基体表面进行沉积，得到防护涂层。本发明涂层作为防护涂层，在800℃～1200℃可以有效的预防锆合金与水蒸气发生反应，防止氢爆。

Description

一种用于锆合金的非晶防护涂层及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于高温防护涂层领域，具体涉及一种耐高温水蒸气氧化的涂层及其制备方法，应用于核电领域。

背景技术

锆合金是现今唯一在使用的核燃料包壳材料。锆合金在300～400℃的高温、高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的热中子吸收截面(锆为0.18靶恩)，对核燃料有良好的相容性，因此可用作轻水核反应堆的堆芯结构材料(燃料包壳、压力管、支架和孔道管)。但当冷却发生事故时，导致周边温度升高到800℃以上时，锆合金与水蒸气会发生反应，产生氢气，氢气聚集到一定浓度，如果不能释放或减压，就会发生爆炸。日本福岛核电事故中的爆炸即来源于此。

目前，公认的改进方法有两种。第一种是寻找锆合金的替代产品，如SiC陶瓷和FeCrAl合金，被认为是可能取代锆合金的候选材料，但因要整体替换包壳材料，即改变包壳成熟的加工工艺，由此带来的负面作用需进一步探究和论证，风险相对高，研发周期相对长。第二种是在锆合金表面进行涂层防护，即在锆合金表面制备一层抗高温氧化涂层，用涂层来隔离锆合金与水的反应。比起第一种，涂层是一种更简单易行、相对经济的方法，主体锆合金并没有被替换，风险度低。美国、法国、韩国等国科学家已开发出了几种防护涂层，实验证明了涂层良好的抗高温水蒸气腐蚀性能。典型代表有MAX相陶瓷(Ti₂AlC)、金属Cr、合金(CrAl、Al₃Ti)及非金属(Si)涂层(Park J H,Kim H G,Park J Y,et al.Hightemperature steam-oxidation behavior of arc ion plated Cr coatings foraccident tolerant fuel claddings[J].Surface & Coatings Technology,2015,280:256-259；Kim J M,Ha T H,Kim I H,et al.Microstructure and Oxidation Behavior ofCrAl Laser-Coated Zircaloy-4Alloy[J].Metals-Open Access Metallurgy Journal,2017,7(2):59；Application of Coating Technology on Zirconium-Based Alloy toDecrease High-Temperature Oxidation[C]//Zirconium in the Nuclear Industry:,International Symposium,Stp.2015.)。

涂层虽然一定程度上缓解了高温水蒸气对锆合金的侵害，但仍然存在不足。如制备的涂层多为晶态，氧气或水蒸气会沿着涂层内结构缺陷(特别是从表面贯穿到底的晶界)扩散，从而快速氧化基底，导致基体被氧化而失效。多晶材料中的晶界、位错等缺陷会成为腐蚀离子快速扩散的通道，加速O原子穿过涂层向基底的扩散速度。而更加致密的非晶涂层则会增强涂层对O的阻挡作用。另外，磁控溅射法因其无污染，耗材少，制备的涂层均匀致密，涂层与基体的结合力强，是广泛应用的一种涂层制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于锆合金的非晶防护涂层，该涂层采用磁控溅射法制备，涂层结构致密，在800℃～1200℃可以有效减缓锆合金与水蒸气发生的锆水反应，为失水事故提供安全裕量。

本发明的目的通过以下技术方案实现：所述非晶防护涂层的Cr_xAl_ySi_zN_100-x-y-z，其中x＝42.0～51.9，y＝20.3～25.5，z＝5.2～9.6，x,y,z为对应原子的原子百分比，所述非晶防护涂层的厚度为2～6μm。

从元素选择角度：设计和制备抗氧化涂层，首要目的是能够形成稳定且生长缓慢的表面氧化层，在涂层与基底间起到一定阻挡作用。Cr₂O₃、Al₂O₃、SiO₂因金属和氧在这些氧化物中的扩散速率低，常被用于抵抗长期超过600℃、1000h以上的工况，因此，涂层选用含有Al、Cr、Si这三种元素。

从涂层结构角度：非晶涂层可以看成是一定成分区间内的固溶体，与晶态结构相比，无晶界，结构相对致密，一般具有较好的抗腐蚀性能。然而，磁控溅射制备的涂层，是个快速凝固冷却的过程，生成的涂层多以柱状晶形式生长，柱状晶之间的柱缝常贯穿整个涂层，成为快速腐蚀的通道，涂层耐腐蚀性差。故本发明通过对Al、Cr、Si三种元素的成分的控制和引进N元素，并控制工艺来制备非晶结构的Cr-Al-Si-N防护涂层。

实验发现，适当的Si含量，有利于形成非晶态的Si₃N₄，涂层结构由柱状晶向非晶态过渡，Si含量过多，涂层变脆，容易开裂。适量掺杂N元素可以有效提高涂层的机械强度。Al、Cr提供涂层较好的耐高温抗氧化能力。

作为优选，所述非晶防护涂层的Cr_xAl_ySi_zN_100-x-y-z，其中x＝42.0～46.3，y＝20.3～22.5，z＝5.2～8.3，x,y,z为对应原子的原子百分比，所述非晶防护涂层的厚度为3～6μm。

本发明防护涂层为非晶结构，无贯穿性空隙，涂层结构致密，密度在4.3～4.8g/cm³，其中，贯穿性空隙是指：空隙从涂层表面延伸至涂层底部。作为优选，所述非晶防护涂层的密度为4.5～4.8g/cm³，该密度下的涂层具有较好的耐高温水蒸气腐蚀。

作为优选，所述非晶防护涂层硬度值为10GPa～15GPa。

所述非晶防护涂层采用物理气相沉积法制备，作为优选，所述物理气相沉积法为磁控溅射法。

本发明还提供了一种用于锆合金的非晶防护涂层的制备方法，采用磁控反应溅射法制备，具体步骤包括：

(1)基体清洗；

(2)连接电源：将Cr_mAl_nSi_100-m-n靶与直流电源相连，其中m＝55～60，n＝25～32，m，n为对应原子的原子百分比；Cr靶与射频电源相连；

(3)涂层沉积：将清洗后的基体装入真空腔室中，当腔室的真空度为3×10^-5～9×10^-5时，充入Ar和N₂的混合气体，Ar和N₂的流量比为16～8：1，并控制总气压为0.4～0.7Pa，调整Cr_mAl_nSi_100-m-n靶的溅射功率密度为3.1W/cm²～4.2W/cm²，射频电源的功率密度为3.1W/cm²～3.5W/cm²，之后开启样品挡板，对基体表面进行沉积，得到所述非晶防护涂层。

本发明采用磁控溅射法制备涂层，因为该方法是个快速冷却的过程，原子往往由于扩散不足，常伴随柱状晶的出现，多存在贯穿性的空隙(如晶界)。本发明利用非晶涂层结构来减少传统晶体涂层常存在的贯穿性空隙，从而获得较好的防护性能。其中，非晶结构的形成与本发明特定的涂层成分组成和制备工艺直接相关。

步骤(1)中，基体清洗包括化学清洗和等离子体辉光刻蚀清洗中的至少一种。其中，化学清洗包括：将基体依次放入浓度为30～60％去污粉水溶液、饱和Na₂CO₃水溶液、丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声清洗10～20min，然后在温度为80～100℃的干燥箱里鼓风干燥1～2h，或采用纯度为99.99％的高纯氮气吹干。

等离子体辉光刻蚀清洗包括：将化学清洗后的基体放入真空室中的样品台上，当真空度低于1×10^-3Pa以后，通入氩气并维持气压0.3～2.0Pa，然后开启电源并同时给基板施加负偏压，利用氩气产生的等离子体对基底刻蚀10～20min。经等离子体辉光刻蚀清洗后，基体表面附着的水分子、气体分子或者微尘颗粒被完全轰击掉。

作为优选，所述基体表面经过镜面抛光，表面粗糙度利用原子力显微镜测试，Ra为5～10nm。

步骤(2)中，所述射频电源的频率为13.56MHz，利用射频电源产生的辅助等离子体，可使成膜原子数量、能量大幅度提高，在满足高成膜速率的同时保持较好的成膜质量；制备的涂层致密，不存在贯穿性空隙。

作为优选，步骤(3)中，涂层沉积过程对基体进行了加热，加热温度为150℃～300℃，对基体进行加热可以促进沉积原子的扩散，在保持非晶的状态下，让涂层变致密，耐高温蒸汽腐蚀能力提高。

作为优选，步骤(3)中，涂层沉积过程对基体施加了负偏压，所述负偏压为-5V～-12V。基体施加负偏压可以在涂层制备过程中提高等离子对涂层的轰击力，提高涂层的密实度，但偏压过高会使涂层产生过多的应力而导致涂层产生裂纹，严重时会产生涂层脱落。

本发明还提供了所述的用于锆合金的非晶防护涂层的应用，所述非晶防护涂层用于核包壳材料锆合金的防护，或作为耐高温水蒸气腐蚀涂层，应用于高温锅炉领域。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明开发了一种核包壳材料用锆合金防护涂层，所述非晶防护涂层通过磁控溅射法制备。本发明采用了非晶结构，利用非晶结构来减少贯穿性空隙，获得致密的涂层，该防护涂层在800℃～1200℃可以有效的预防锆合金与水蒸气发生反应，防止氢爆。

附图说明

图1为本发明对比例1和实施例1制备的涂层的XRD结构；

图2为本发明对比例1和实施例1制备的涂层的SEM显微形貌图，其中，(a)对比例1制备的涂层的表面SEM形貌图，(b)对比例1制备的涂层的SEM截面形貌图，(c)实施例1制备的涂层的表面SEM形貌图，(d)实施例1制备的涂层的截面SEM形貌图；

图3为本发明对比例1制备的涂层、对比例2的Zr合金基体和实施例1制备的涂层在1200℃水蒸气氧化后形成的界面微观形貌和EDX线扫分析图。

具体实施方式

以下实例中的涂层成分、涂层晶体结构、涂层形貌、涂层硬度均按下述方法测定：

1、涂层成分

利用FEI QuantaTM 250FEG的X射线能谱仪(EDX)分析涂层成分及其分布。成分测定后，以AlN作为标样，用标准ZAF方法对涂层中Al/N比进行校正。每个样品选定一个面积不小于30mm²区域，测量其成分的平均值。对高温水蒸气腐蚀后的涂层截面进行SEM观察和EDX线扫，确定水蒸气氧化后的涂层形貌特征和氧化产物。

2、涂层晶体结构

采用德国Bruker D8Advance X射线衍射仪(XRD)，利用Cu K_α射线入射，波长为0.154nm，θ/θ模式，X射线管控制在40kV和40mA，测量涂层的晶体结构，利用镍滤波装置过滤掉K_β射线，设置探测角2θ为35°～65°，步长设定为0.01°。

3、涂层形貌

采用日立S-4800扫描电镜(SEM,发射枪电压8KV)，对涂层的表面、截面形貌特征和高温水蒸气腐蚀后的涂层形貌特征进行观察；

4、涂层硬度

采用MTS NANO G200纳米压痕仪、Berkovich金刚石压头，为了消除基片效应和表面粗糙度的影响，压入深度为在涂层厚度的10％～20％处，每个样品测量10个矩阵点后取平均值。

5、涂层的高温水蒸气腐蚀试验

高温水蒸气氧化实验在一台一端连接有水蒸气发生器的氧化铝管式炉中进行。管式炉温度设置为1200℃。达到设定温度后，开启水蒸气发生器，向炉管中通入流速均匀的水蒸气。水蒸气发生器出口处气压为1.6KPa，温度为223℃。待水蒸气流速稳定，将样品片送入炉管中部。开放一端炉口并用刚玉炉管塞封堵保温。高温氧化30min后，样品取出空冷至室温。氧化后的样品经环氧树脂封装、打磨抛光后分析截面形貌及成分。

对比例1

(1)基体清洗

化学清洗：选用抛光后的锆合金为基体，对其进行清洗，依次放入浓度为40％去污粉水溶液，饱和Na₂CO₃水溶液、丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声清洗15min，然后在温度为100℃的干燥箱里鼓风干燥2h。

等离子体辉光刻蚀清洗：将化学清洗好的基体，装入真空室中的样品台上，当真空低于1×10^-3Pa以后，通入氩气并维持气压在1Pa，然后开启电源并同时给基板施加负偏压，利用氩气产生的利用等离子体辉光对其刻蚀清洗10min。

(2)连接电源

将Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶与直流电源相连。

(3)涂层沉积

将清洗后的锆合金基体装入真空腔室中，当腔室的真空度为3×10^-5Pa时，充入氩气和氮气的混合气体，氮气和氩气的流量比为3/16，并控制总气压为0.7Pa，调整靶材的溅射功率密度为3.08W/cm²，基体施加-5V偏压，基体加热250℃，之后开启样品挡板，对基体的主表面进行沉，得到Cr_37.4Al_18.4Si_6.0N_38.2涂层，涂层厚度3μm，经测定涂层的硬度为10.2GPa。

本对比例制备的防护涂层的晶体结构如图1的曲线(a)所示，在36.85°、81.32°出现立方相CrN或立方相AlN的衍射峰。图2(a)为本比例的表面SEM形貌图，可以看出制备的涂层顶部为三角锥状，比较疏松，图2(b)为本对比例制备的涂层的截面SEM形貌图，可以看出制备的涂层为明显的柱状晶结构，柱与柱之间存在明显的贯穿性空隙，该涂层的密度为4.2g/cm³。

本对比例制备的涂层经1200℃水蒸气腐蚀后的显微照片见图3(a)。通过对整个截面做EDX线扫，发现涂层防护下的Zr被氧化，形成ZrO₂，且氧化后的ZrO₂厚度为100μm。

对比例2

抛光后的锆合金(表面粗糙度Ra<10nm)，经1200℃水蒸气腐蚀后的显微照片见图3(b)。通过对整个截面做EDX线扫，发现Zr合金被氧化成ZrO₂，氧化厚度为102μm。

对比例1与对比例2结合说明，对比例1得到的Cr_37.4Al_18.4Si_6.0N_38.2防护涂层，因涂层存在贯穿性的空隙和密度低，涂层未起到防护的作用，与不含任何涂层的对比例2相比，氧化厚度没有实质性改善。

具体实施例

(1)基体清洗

化学清洗：选用抛光后的锆合金为基体，对其进行清洗，依次放入浓度为40％去污粉水溶液，饱和Na₂CO₃水溶液、丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声清洗15min，然后在温度为100℃的干燥箱里鼓风干燥2h。

等离子体辉光刻蚀清洗：将化学清洗好的基体，装入真空室中的样品台上，当真空低于1×10^-3Pa以后，通入氩气并维持气压在1Pa，然后开启电源并同时给基板施加负偏压，利用氩气产生的利用等离子体辉光对其刻蚀清洗10min。

(2)连接电源：将Cr_mAl_nSi_100-m-n靶与直流电源相连，其中m＝55～60，n＝25～32，m，n为对应原子的原子百分比；可选地将Cr靶(纯度99.99％)与射频电源相连，射频电源的频率为13.56MHz；

(3)涂层制备

将清洗后的锆合金基体装入真空腔室中，当腔室的真空度为1×10^-5Pa时，充入氩气和氮气的混合气体，氮气和氩气的流量比为1/16～1/8，并控制总气压为0.4～0.7Pa，调整Cr_mAl_nSi_100-m-n靶的溅射功率密度为3.1W/cm²～4.2W/cm²，射频电源的功率密度为3.1W/cm²～3.5W/cm²，基体施加-5V～-12V偏压，基体未加热或加热至150～300℃，之后开启样品挡板，对Zr合金基体的主表面进行沉积70～120min，得到不同厚度和成分的CrAlSiN防护涂层。

(4)涂层结构表征与性能测试

所有制备的涂层经过涂层成分、晶体结构、形貌表征，涂层硬度测试与1200℃水蒸气腐蚀测试。

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不以此限制本发明的保护范围。以下实施例按照上述步骤进行，只是具体工艺参数有所变化。

实施例1

本实施例步骤(3)中的具体工艺参数为，选用Cr₅₅Al₃₂Si₁₃靶材，氮气和氩气的流量比为1/10，总气压为0.7Pa，调整Cr₅₅Al₃₂Si₁₃靶材的溅射功率密度为3.1W/cm²，并用射频电源进行了等离子体辅助沉积，射频电源的功率密度为3.1W/cm²，基体施加-10V偏压并加热250℃，对Zr合金基体的主表面进行沉积得到成分为Cr_42.8Al_21.9Si_6.8N_28.5的涂层。

经测试，如图1的曲线(b)所示，涂层为非晶结构，从图2(c)所示的表面SEM形貌图可以看出，涂层颗粒细小致密，截面形貌图2(d)可以看出涂层无贯穿性的空隙存在，该涂层的密度为4.8g/cm³，厚度为4μm。涂层的硬度为12GPa，经过1200℃水蒸气腐蚀测试后的显微照片见图3(c)，EDX线扫发现腐蚀后有7μm厚的ZrO₂生成。

实施例2

本实施例步骤(3)中的具体工艺参数为，选用Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材，氮气和氩气的流量比为1/8，总气压为0.7Pa，调整Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材的溅射功率密度为3.1W/cm²，并用射频电源进行了等离子体辅助沉积，射频电源的功率密度为3.5W/cm²，基体施加-10V偏压并加热250℃，对Zr合金基体的主表面进行沉积得到成分为Cr_42.0Al_21.9Si_6.5N_29.6的涂层。

经测试，涂层为非晶结构，无贯穿性空隙存在，密度为4.8g/cm³，厚度为4μm。涂层的硬度15GPa，经过1200℃水蒸气腐蚀测试后，EDX线扫发现腐蚀后未有ZrO₂生成。

实施例3

本实施例步骤(3)中的具体工艺参数为，选用Cr₆₀Al₃₂Si₈靶材，氮气和氩气的流量比为1/8，总气压为0.4Pa，调整Cr₆₀Al₃₂Si₈靶材的溅射功率密度为4.2W/cm²，基体施加-10V偏压并加热300℃，对Zr合金基体的主表面进行沉积得到成分为Cr₄₂Al_23.5Si_6.5N₂₈涂层。

经测试，涂层为非晶结构，密度为4.3g/cm³，厚度为6μm，涂层的硬度12GPa，经过1200℃水蒸气腐蚀测试后，EDX线扫发现腐蚀后有40μm厚的ZrO₂生成。本实施例由于没有射频电源辅助，涂层结构疏松，致密性较差。

实施例4

本实施例步骤(3)中的具体工艺参数为，选用Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材，氮气和氩气的流量比为1/8，总气压为0.7Pa，调整Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材的溅射功率密度为4.1W/cm²，并用射频电源进行了等离子体辅助沉积，射频电源的功率密度为3.1W/cm²，基体施加-5V偏压并加热250℃，对Zr合金基体的主表面进行沉积得到成分为Cr_51.9Al_20.5Si_6.8N_20.8涂层。

经测试，涂层为非晶结构，密度为4.7g/cm³，厚度为6μm，涂层的硬度12GPa，经过1200℃水蒸气腐蚀测试后，EDX线扫发现腐蚀后未有ZrO₂生成。

实施例5

本实施例步骤(3)中的具体工艺参数为，选用Cr₅₈Al₃₂Si₁₀靶材，氮气和氩气的流量比为1/10，总气压为0.4Pa，调整Cr₅₈Al₃₂Si₁₀靶材的溅射功率密度为4.2W/cm²，并用射频电源进行了等离子体辅助沉积，射频电源的功率密度为3.1W/cm²，基体施加-12V偏压并加热250℃，对Zr合金基体的主表面进行沉积得到成分为Cr_44.3Al_23.5Si_9.6N_22.6涂层。

经测试，涂层为非晶结构，无贯穿性空隙，密度为4.5g/cm³，厚度为6μm，涂层的硬度15GPa，经过1200℃水蒸气腐蚀测试后，EDX线扫发现腐蚀后有未有ZrO₂生成。

实施例6

本实施例步骤(3)中的具体工艺参数为，Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材，氮气和氩气的流量比为1/8，总气压为0.7Pa，调整Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材靶材的溅射功率密度为3.1W/cm²，并用射频电源进行了等离子体辅助沉积，射频电源的功率密度为3.1W/cm²，基体施加-10V偏压，基体不加热，对Zr合金基体的主表面进行沉积得到成分为Cr_42.2Al_21.5Si_8.9N_27.4涂层。

经测试，涂层为非晶结构，密度为4.3g/cm³，厚度为6μm，涂层的硬度10GPa，经过1200℃水蒸气腐蚀测试后，EDX线扫发现腐蚀后有45μm厚的ZrO₂生成。本实施例由于基体不加热和，导致沉积原子能量低，涂层结构疏松，性能较差。

实施例7

本实施例步骤(3)中的具体工艺参数为，选用Cr₆₀A30Si₁₀靶材，氮气和氩气的流量比为1/16，总气压为0.7Pa，调整Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材的溅射功率密度为4.2W/cm²，并用射频电源进行了等离子体辅助沉积，射频电源的功率密度为3.5W/cm²，基体施加-10V偏压并加热150℃，对Zr合金基体的主表面进行沉积得到成分为Cr_51.9Al_25.5Si_9.6N₁₃涂层。

经测试，涂层为非晶体结构，无贯穿性空隙，密度为4.4g/cm³，厚度为4μm，涂层的硬度12GPa，经过1200℃水蒸气腐蚀测试后，EDX线扫发现腐蚀后有10μm厚的ZrO₂生成，本实施例由于靶功率密度高、偏压高、沉积温度低，涂层被轰击的厉害，结构反而变疏松，性能下降。

实施例8

本实施例步骤(3)中的具体工艺参数为，选用Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材，氮气和氩气的流量比为1/8，总气压为0.4Pa，调整Cr₆₀Al₃₀Si₁₀靶材的溅射功率密度为3.6W/cm²，并用射频电源进行了等离子体辅助沉积，射频电源的功率密度为3.2W/cm²，基体施加-10V偏压并加热200℃，对Zr合金基体的主表面进行沉积得到成分为Cr_46.1Al_24.1Si_8.8N₂₁涂层。

经测试，涂层为非晶结构，密度为4.6g/cm³，厚度为4μm，涂层的硬度11GPa，经过1200℃水蒸气腐蚀测试后，EDX线扫发现腐蚀后无ZrO₂生成。

Claims (10)

1.一种用于锆合金的非晶防护涂层，其特征在于，所述非晶防护涂层的Cr_xAl_ySi_zN_100-x-y-z，其中x＝42.0～51.9，y＝20.3～25.5，z＝5.2～9.6，x,y,z为对应原子的原子百分比，所述非晶防护涂层的厚度为2～6μm。

2.根据权利要求1所述的用于锆合金的非晶防护涂层，其特征在于，所述非晶防护涂层无贯穿性空隙，涂层结构致密，密度在4.3～4.8g/cm³。

3.根据权利要求1所述的用于锆合金的非晶防护涂层，其特征在于，所述非晶防护涂层硬度值为10GPa～15GPa。

4.根据权利要求1所述的用于锆合金的非晶防护涂层，其特征在于，所述非晶防护涂层采用物理气相沉积法制备。

5.根据权利要求4所述的用于锆合金的非晶防护涂层，其特征在于，所述物理气相沉积法为磁控溅射法。

6.一种权利要求1～5任一项所述的用于锆合金的非晶防护涂层的制备方法，其特征在于，采用磁控反应溅射法制备，具体步骤包括：

(1)基体清洗；

(2)连接电源：将Cr_mAl_nSi_100-m-n靶与直流电源相连，其中m＝55～60，n＝25～32，m，n为对应原子的原子百分比；Cr靶与射频电源相连；

(3)涂层沉积：将清洗后的基体装入真空腔室中，当腔室的真空度为3×10^-5～9×10^-5Pa时，充入Ar和N₂的混合气体，Ar和N₂的流量比为16～8：1，并控制总气压为0.4～0.7Pa，调整Cr_mAl_nSi_100-m-n靶的溅射功率密度为3.1W/cm²～4.2W/cm²，射频电源的功率密度为3.1W/cm²～3.5W/cm²，之后开启样品挡板，对基体表面进行沉积，得到所述非晶防护涂层。

7.根据权利要求6所述的用于锆合金的非晶防护涂层的制备方法，其特征在于，所述基体表面经过镜面抛光，表面粗糙度Ra为5～10nm。

8.根据权利要求6所述的用于锆合金的非晶防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述射频电源的频率为13.56MHz。

9.根据权利要求6所述的用于锆合金的非晶防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，涂层沉积过程对基体施加了负偏压，所述负偏压为-5V～-12V。

10.一种权利要求1～5任一项所述的用于锆合金的非晶防护涂层的应用，其特征在于，所述非晶防护涂层用于核包壳材料锆合金的防护，或作为耐高温水蒸气腐蚀涂层，应用于高温锅炉领域。