Zr-Sn-Nb合金1000~1250℃蒸汽氧化行为

核反应堆包壳管在失水事故中会因剧烈的高温蒸汽氧化而破裂,从而引起核燃料泄露的严重后果。为此,本文研究了Zr-Sn-Nb核包壳合金1000~1250℃蒸汽氧化行为。采用增重法计算了蒸汽氧化试样单位面积的质量变化,通过扫描电子显微镜观察了蒸汽氧化试样截面形貌并测量了氧稳定α相层(α-Zr(O))和氧化锆层(ZrO₂)厚度,得到Zr-Sn-Nb合金氧化增重和α-Zr(O)、ZrO₂层生长动力学曲线。结果表明：1000℃蒸汽氧化时,α-Zr(O) 层生长动力学曲线始终服从抛物线规律;氧化1500s后,氧化增重和ZrO₂层生长动力学曲线由抛物线转变为直线规律,ZrO₂层内产生大量裂纹。1100~1250℃蒸汽氧化时,氧化增重和α-Zr(O)、ZrO₂层生长动力学曲线均服从抛物线规律, ZrO₂层结构始终保持完整。Zr-Sn-Nb合金的抗氧化性能优于Zr-4合金,其ZrO₂层和α-Zr(O)层生长速度慢于Zr-4合金。     

Fecralloy合金1250℃空气中循环氧化表面氧化特征

研究了一种添加稀土元素Y的Fecralloy(Fe-22Cr-5AL-0.3Y）合金在1250℃静态空气中的循环氧化行为,采用SEM,XRD及EDX分析技术研究了合金表面氧化膜的性质和特点。结果表明合金表面生成的氧化膜成分以α－Al2O3为主,合金表面粗糙度对Fecralloy合金表面氧化膜的完整性有重要的影响。讨论了合金表面氧化膜开裂和剥落的特点。     

Ta-Ti-Al-W合金1000℃氧化行为研究

研究了一种Ta-Ti-Al-W合金在1000℃下的氧化行为.利用真空悬浮熔炼法制备Ta-25Ti-18Al-6.5W合金,用XRD、SEM和EDS等方法对合金氧化前和氧化后物相组成和微观形貌进行分析.结果表明,合金在氧化初期符合抛物线规律,随着氧化时间的延长,氧化动力学趋于直线规律.在氧化过程中,Ta优先氧化,但Ti和...     

锆表面微弧氧化膜1000~1200 ℃高温蒸汽氧化行为研究

目的 研究微弧氧化表面处理对纯锆高温蒸汽氧化行为影响.方法 采用微弧氧化技术(MAO)在磷酸盐电解液中纯锆表面制备厚约2.5μm的陶瓷膜,再利用热重分析仪(TGA)测量它们在1000～1200℃蒸汽环境中的氧化性能,并分析蒸汽氧化前后氧化膜的微观结构、物相组成.用辉光放电谱仪(GDOES)分析蒸汽氧化前后锆基体及微弧氧化样品Zr、O、P、Na、C、H元素的成分深度分布.结果 锆基体及微弧氧化膜加速氧化动力学转变温度约为600℃.在1000℃蒸汽中,微弧氧化处理的纯锆样品氧化增重低于锆基体.蒸汽温度达到1100℃以上时,锆基体和微弧氧化膜的氧化增重曲线几乎重合.蒸汽氧化初期氧原子快速扩散至β-Zr中,当较厚α-Zr(O)层和ZrO2层形成后,氧化速率主要取决于氧在α-Zr(O)层中的扩散速率,而且氧化锆层阻挡了氢扩散进入锆基体.高温蒸汽氧化后,纯锆表面氧化层主要由单斜氧化锆(M-ZrO2)相和少量的四方氧化锆(T-ZrO2)相组成.结论 在1000℃以下,微弧氧化膜增强了锆基体的抗蒸汽氧化能力,但1100℃以上没有保护作用.     

Ti40合金在500~1000℃的恒温氧化行为

研究了Ti40合金在500~1000℃范围内的恒温氧化行为。氧化增重实验及XRD、SEM、EDS的分析结果表明,Ti40合金的氧化机制可以V的氧化物V2O5的熔点为分界,在700℃以下氧化时,氧化层平整且致密,表面主要由V2O5和TiO2组成,氧化的主要过程为混合氧化膜中的V2O5向外择优生长,氧化机制受V元素在V2O5中的扩散机制控制。在700℃以上氧化时,V2O5的熔化挥发,导致氧化层疏松多孔,氧化层主要由TiO2和SiO2构成,在氧化层和基体的界面处,存在V、Cr元素的富集层,此条件下,合金的氧化受V元素在β钛合金中的扩散机制控制。     

矫直工艺对Zr-Sn-Nb系合金管材氢化物取向的影响

核反应堆包壳管的氢化物取向因子会较大程度的影响其力学性能和使用性能。为此,使用6辊精密管材矫直机对?10 mm的Zr-Sn-Nb系合金成品管材进行矫直实验,研究辊缝值、弯曲量及矫直辊角度对其氢化物取向因子的影响。采用X射线衍射技术分析矫直管材的残余应力,采用光学显微镜观察高压釜渗氢试样的氢化物分布,并通过评级软件检测氢化物取向因子(Fn~(40°))。结果表明:辊缝值、弯曲量及矫直辊角度均对矫直后管材的残余应力有显著影响,并且管材氢化物取向因子随着残余应力的增大而增大。当辊缝值≥10 mm,弯曲量≤4.2 mm,矫直辊角度在31.5°～33.5°之间时管材残余正应力≤35.6 MPa,切应力≤37.8 MPa,此时氢化物取向呈周向或接近周向,氢化物取向因子满足技术要求。     

Fecralloy合金1 250 ℃空气中循环氧化表面氧化膜特征

研究了一种添加稀土元素Y的Fecralloy(Fe-22Cr-5Al-0.3Y)合金在1 250 ℃静态空气中的循环氧化行为,采用SEM, XRD及EDX分析技术研究了合金表面氧化膜的性质和特点。结果表明合金表面生成的氧化膜成分以α-Al2O3为主,合金表面粗糙度对Fecralloy合金表面氧化膜的完整性有重要的影响。讨论了合金表面氧化膜开裂和剥落的特点。     

水蒸气对Ni-20Cr合金及其溅射微晶涂层1000℃氧化行为的影响

研究了Ni-20Cr合金及其溅射微晶涂层在1000℃下H     

Si对Ni-xAl合金900℃氧化行为的影响

研究了三元Ni-6Si-xAl（x=6，10，15，原子分数，％）合金在900℃，0.1MPa纯氧气中的氧化行为，二元Ni-Al合金形成了外NiO膜，并伴随有Al的内氧化，而所有三元合金锈层底部均形成了连续完整的外Al2O3膜，防止了Al的内氧化，从而显著降低了三元合金的腐蚀速率，因此，与二元Ni-Al合金相比，Si的存在能非常有效的减少形成Al2O3膜所需的临界Al含量，在对Wagner关于二元合金中最活泼组元由内氧化向外氧化转变判据理论进行扩展的基础上，阐述了第三组元Si的作用。     

纳米晶Ni-12Cr合金800℃高温氧化动力学和氧化膜结构演化

利用聚焦离子束扫描电镜和扫描透射电镜研究了粗晶和纳米晶结构的Ni-12Cr合金在800 ℃空气中氧化的动力学行为和氧化膜的结构演化。结果表明,氧化初期25 s时,粗晶和纳米晶的氧化膜均为外层NiO和内层富Cr的双层结构。随着氧化的进行,粗晶氧化膜演化为NiO/ (NiO+NiCr₂O₄) /疏松 Cr₂O₃/内氧化层的多层结构;而纳米晶发生了Cr的选择性氧化,形成了保护性Cr₂O₃膜,Cr₂O₃以非晶晶化的方式形核生长;纳米晶保护性氧化膜的形成早于纳米晶粒的粗化。根据有效扩散系数修正的Wagner理论,Ni-12Cr合金在800 ℃发生由内氧化向外氧化转变的临界晶粒尺寸约为94 nm。纳米晶的氧化动力学曲线分为两个阶段,转折点约为氧化1 h。两阶段均符合抛物线规律,抛物线速率常数k_p分别为1.76×10^-13和1.58×10^-14cm^2<...     

NF709奥氏体耐热钢700℃的蒸汽氧化行为

采用氧化增重法、扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)研究了奥氏体耐热钢NF709在700℃高温蒸汽下的氧化动力学、氧化层形貌及成分分布。结果表明,该钢700℃蒸汽氧化动力学曲线符合Δm=ktz规律;随着氧化时间的增长,氧化层明显增厚,分层现象明显,可分为内、外两层。外层较厚,为疏松多孔结构的富铁氧化物,内层较薄,为致密的尖晶石结构的富铬氧化物。内层氧化物有效地阻止了元素的扩散,降低了氧化速率。     

注入Ce+对预氧化的Ni20Cr合金1050℃氧化行为的影响

研究了Ni20Cr及经预氧化处理后的合金表面离子注入Ce^＋在1050℃空气中的氧化行为。结果表明，经0.5h和1h预氧化处理后的合金离子注入对其氧化行为的影响与合金表面直接注入的作用类似，可降低合金氧化速度和改善氧化膜粘附性，但所起作用的程度略有不同。     

新型镍基高温合金在950℃和1000℃的氧化行为

利用热重分析法、XRD和SEM(EDX)研究了1种新型镍基高温合金在950℃和1000℃的高温氧化行为。合金在950℃氧化时，氧化增重遵循抛物线规律，表面氧化膜无剥落，在1000℃氧化时表面氧化膜出现剥落，仍近似遵循抛物线规律。氧化膜由Cr2O3，Ni，Co)Cr2O4，TiO2，SiO2和Al2O3组成，并有内氧化现象发生。合金在1000℃的氧化速度比在950℃时约高出1个数量级。根据氧化膜的组成进一步分析了合金的氧化机理。     

沉积硫酸盐对Fe-20Cr合金800℃氧化行为的影响

采用动力学测量、SEM、X-射线等手段研究了沉积硫酸盐对Fe-20Cr合金800℃氧化行为的影响.结果表明,沉积盐引起Fe-20Cr合金加速氧化.     

Nb-Ti-Si基多元合金在1250℃下的氧化行为

用真空自耗电弧熔炼法制备了成分为Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-1.5B-0.06Y(原子分数,%)的合金锭.在1250 ℃下分别进行5,10,20,50和100 h的高温氧化实验.采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分别对该合金氧化膜相组成和基体的氧化组织进行了检测和分析.结果表明:氧化5 h后的氧化产物为SiO2,TiO2,Nb2O5,Ti2Nb10O29和TiNb2O7;随着氧化时间的延长,各氧化产物在高温下发生固相反应,Nb2O5和Ti2Nb10O29的数量不断减少,而生成大量的TiNb2O7.能谱成分分析表明,氧化后合金基体内生成了大量TiOx和HfO2,TiOx主要分布在(Nb,Ti)5Si3与铌基固溶体Nbss的交界处;而HfO2则分布在(Nb,Ti)sSi3中,其形貌为针状.氧化50 h后,基体中(Nb,Ti)sSi3与Nbss的交界处出现块状的HfO2.     

Nb-Ti-Si-Cr基超高温合金在1250℃下的氧化行为

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了Nb-22Ti-14Si-20Cr-3Al-5Hf-1.5B-0.06Y (at％)超高温合金,在1250℃下分别进行1、5、10、20、50和100 h高温氧化试验.采用XRD、SEM及EDS分析了合金氧化膜及其合金基体的相组成、组织形貌和成分.结果表明:氧化膜分为两层,致密的外层和疏松的中间层,外层组织由Ti0.4Cr0.3Nb0.3O2组成,并含有少量TiNb2O7和SiO2,且随着氧化时间的延长,TiNb2O7含量逐渐减少,Ti0.4Cr0.3Nb0.3O2的含量逐渐增多;氧化膜中间层主要由(Ti,Cr)NbO4、Ti2Nb10O29和Nb2O5组成;氧化后合金基体内Cr2Nb和Nbss元素发生互扩散,界面处出现过渡区.     

水蒸气对Ni—20Cr合金合肥市其油射微晶涂层1000℃氧化行为的影响

研究了Ni-20Cr合金及其溅射微晶涂层在1000℃下H2O/O2中的氧化行为,结果表明：该合金在水蒸气中的氧化增重随着水蒸气的增加而减小,而且水蒸气的含量影响氧化膜的组成,对于溅射微晶涂层,水蒸气的含量只影响氧化增重,通过金相、X射线衍射、SEM（带有EDX）观察分析了氧化产物,提出了水蒸气的作用机制。     

Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机理研究

Cr涂层锆合金包壳具备抗高温蒸汽氧化性能优异、耐腐蚀和耐磨蚀性能良好、工程应用难度较小等特点,成为最具前景的近期型事故容错燃料候选材料之一。本工作以Zr-1Nb合金管为基体材料,采用磁控溅射工艺制备均匀致密Cr涂层,涂层厚度范围12～15μm。通过同步综合热分析仪开展双面高温蒸汽氧化试验,氧化温度为1000、1100和1200℃,氧化时间为300～5000s,系统研究反应堆事故工况下Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化行为。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪表征高温氧化产物膜微观形貌特征、氧化层厚度、元素分布以及物相组成等,建立Cr涂层氧化动力学模型,探讨高温氧化机理。研究表明,高温蒸汽环境中,Cr涂层锆合金包壳外壁形成致密Cr2O3层,有效阻止O元素扩散至Zr合金基体,从而提升复合包壳的耐高温性能。其次,Cr涂层高温蒸汽氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率常数比锆合金低大约2个数量级,显著提升锆合金包壳抗高温蒸汽氧化性能。     

涂层厚度对Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机制的影响

目的 研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据。方法 以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20 μm 3类。采用高温蒸汽氧化设备开展试验,氧化温度为1 200 ℃,等温氧化时间为500~3 000 s,系统研究模拟反应堆失水事故(LOCA)工况下涂层厚度对该材料体系高温蒸汽氧化行为及氧化动力学的影响。试验后,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜及能谱仪等表征各样品氧化膜微结构特征、氧化层厚度、元素分布及物相组成等,基于氧化膜层厚度构建Cr涂层氧化动力学模型,同步探讨涂层原始厚度对其高温蒸汽氧化-失效微观机理的影响。结果 涂层厚度为10 μm时,其对锆合金基体保护作用有限,等温氧化2 000 s时其表面Cr2O3氧化膜和残余Cr涂层已完全丧失保护功能,锆合金基体被连续氧化。涂层厚度为15 μm时,第一阶段,生成保护性能较好的Cr2O3氧化膜,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律;第二阶段,Cr涂层的氧化行为发生转变,氧化膜及其残余涂层保护性能衰退,但锆合金基体始终未被氧化。涂层厚度为20 μm时,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律,但氧化行为未发生转变,表面氧化膜及残余Cr涂层保护性能较好。结论 Cr涂层厚度增加可在一定程度上提升其抗高温蒸汽氧化性能,进而提高反应堆事故工况下燃料包壳抵御事故的能力,从而在一定程度上延长不干预时间。     

15CrMo钢管蒸汽内氧化的微观特征

某热电厂的过热器15CrMo钢管道仅运行3000 h就发生爆管事故,宏观检查显示,管材内壁发生严重的氧化腐蚀。利用SEM、EDS和XRD等方法,测试分析了15CrMo钢管不同位置的组织结构及氧化层的物相组成等。结果表明,钢管在服役过程中有严重的氧化腐蚀,形成内外两层氧化皮,氧化侵蚀主要先从晶界开始,再逐步扩展到晶内。