偏压对铀表面多弧离子镀Ti/TiN多层膜的结构及抗腐蚀性能影响研究

在不同偏压下,利用多弧离子镀技术在U和Si基体上制备了Ti/TiN多层薄膜。利用X射线衍射仪和扫描电镜对多层膜的组织结构和薄膜界面形貌进行了分析。研究表明：脉冲偏压不但影响多层膜物相各衍射峰的强度,还诱导新相Ti₂N的出现。制备的多层膜呈“犬牙”交错的层状、柱状结构生长。随脉冲偏压的增加,柱状晶结构细化,薄膜变得更加致密。通过50μg/gCl^－溶液腐蚀研究表明：Ti/TiN多层膜提高抗腐蚀性能源于层状失效,使得腐蚀介质到达基体更加困难,抗腐蚀性能优良。     

铀表面离子注入碳改性层抗腐蚀性研究

研究了碳在铀表面注入、梯度注入、反冲注入及离子束辅助沉积改性工艺。采用俄歇电子谱仪（AES）分析碳改性层沿深度方向的成分分布;采用X射线衍射仪（XRD）分析改性层的结构;通过动电位极化曲线、极限湿热腐蚀实验,比较腐蚀前后样品表面的形貌变化,对改性层抗腐蚀机理进行探索。研究结果表明：几种改性工艺均实现了碳离子在铀表面的注入或沉积,碳离子注入可在铀的表面形成碳化铀;45keV能量辅助轰击沉积碳、50keV能量及梯度能量碳离子注入改性层的抗腐蚀性能较优,先离子溅射沉积再碳离子辅助沉积形成的改性层的抗腐蚀性能最差。改性层腐蚀以点蚀为主,样品的腐蚀呈现在腐蚀点向基体和周围扩展,改性层致密无缺陷的区域则未发生腐蚀。     

金属铀表面非平衡磁控溅射CrNx薄膜的XPS分析与腐蚀性能

金属铀的化学性质十分活泼,极易发生氧化腐蚀。为改善基体的抗腐蚀性能,采用非平衡磁控溅射离子镀技术在金属铀表面制备CrN_x薄膜。采用X射线衍射和X射线光电子能谱研究薄膜表面的物相结构和元素成分分布,采用极化曲线研究薄膜的抗腐蚀性能。结果表明,CrN_x薄膜具有较好的致密性和抗腐蚀性能。当氮分压较小时,生成的薄膜为Cr+CrN+Cr₂N混合相。在金属铀表面制备1层CrN_x薄膜后,其腐蚀电位增大约465 mV,腐蚀电流密度明显降低,有效改善了贫铀表面的抗腐蚀性能。     

离子束辅助沉积TiN/Ag多层膜的抗菌性和抗腐蚀性

用离子束辅助沉积（IBAD）方法在医用不锈钢317L上制备TiN／Ag多层膜。用琼脂平板法测试了样品的抗菌率，测试菌种为革兰氏阴性大肠杆菌（E．coil）和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌（S．aureus）；用电化学腐蚀的方法检测了薄膜在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能；通过X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和俄歇电子能谱（AES）分析研究了薄膜的结构特征和各元素的深度分布。研究结果表明：当多层膜TiN／Ag的调制周期为8nm时（5nm TiN＋3nm Ag），表现出很强的抗菌性，抗菌率达到99％以上；而且抗腐蚀性能比医用不锈钢317L有所提高，接近单层TiN薄膜。     

PWR一回路水质中800合金的腐蚀研究

用320℃含600 mg/kg硼和2 mg/kg锂的高氧含量水溶液模拟PWR一回路水质,研究了800合金在一回路水中的腐蚀特性。结果表明,800合金试样在被侵蚀1500 h之后,表面生成一层很薄的氧化膜,去除氧化膜后,计算出其均匀腐蚀速率为4.03×10?4 mm/a,基体中TiN缺陷处容易引起点蚀,管状试样内环出现明显的晶间腐蚀现象。     

PVD法304不锈钢基体表面（Ti，Cr）N和Ti／TiN涂层的磨损腐蚀行为

当坚硬的氮化物涂层应用在腐蚀性的环境下,磨损现象与腐蚀相伴发生;因此把耐腐蚀性和耐磨损性看成是两个独立的方面,它们的特性就不能代表真实降解过程,这两种现象之间的关联就变得极其重要了。通过实验室设备所做的耐磨损实验,很容易得到其电化学特性,在氯化钠溶液中,对TiN涂层（底层有钛和没有钛）和（Ti,Cr）N涂层做了不同的磨损实验。对实验结果进行了比较,并根据PVD过程的膜层织构和残余应力对不同的行为进行了解释。（Ti,Cr）N有着最佳本征耐腐蚀性的涂层,但在磨损腐蚀过程中的耐蚀层却很薄．很有可能是因为残余应力大于在TiN中的的残余应力．使得基体表面的涂层更脆且不易粘接。TiN/Ti样品在磨损腐蚀下表现最好,这主要是由于钛基体加强了涂层的连接性。由此可见,钛基层是减少TiN层残余应力的有效手段。     

预处理和溅射工艺参数对锆合金表面TiN涂层膜/基结合强度的影响

为获得高结合强度锆合金表面涂层的制备技术，采用磁控溅射法制备了TiN涂层、划痕法测试了膜/基结合强度，研究了基体预处理表面粗糙度、溅射功率、基体加热温度和基体偏压对锆合金表面TiN涂层膜/基结合强度的影响。实验制备的TiN涂层厚度在5～15 μm范围内、基体预处理表面粗糙度在（0.20±0.03） μm范围内时，溅射功率为500 W及基体加热至300 ℃时涂层均有较好的结合强度。基体偏压为-100 V时涂层在所讨论的4种基体偏压中具有最好的结合强度。结果表明，溅射工艺参数对涂层膜/基结合强度有显著影响，其中影响显著性从大到小依次为基体加热温度、基体偏压、溅射功率、基体预处理表面粗糙度。     

多束动态混合注入技术制备TiN厚膜的工艺、结构及性能研究

在多束动态混合(MBMI)-注入系统上利用MBMI技术制备TiN膜，XRD分析表明，N入射角度α(o)、氮钛原子到达比RN/Ti、N2分压PN2对膜生长的择优取向及相结构有影响；性能研究结果表明，高的入射离子能量Ei、基体温度Ts以及合适的RN/Ti对TiN膜的显微硬度HK和膜 -基结合力都有正面影响。     

超临界水堆候选材料的腐蚀特性研究

对铁素体/马氏体(F/M)耐热钢P92、奥氏体不锈钢316L和镍基合金690在600℃、23 MPa 超临界水中的腐蚀行为进行了研究.在600℃、23 MPa的超临界水中腐蚀625 h后,690合金、316L不锈钢和P92耐热钢的腐蚀增重速率分别为0.001 02、0.060 6、0.101 27 g/(m2·h).用扫描电子显微镜(SEM)进行观察后发现,超临界环境下F/M耐热钢P92的氧化膜为3层结构,奥氏体不锈钢316L的氧化膜为单层结构,镍基合金690表面生成了一层极薄且有点蚀的氧化膜.     

燃料棒电子束环焊缝试样腐蚀后产生蓝色氧化膜环的机理

燃料棒电子束焊接试样腐蚀后,在近环焊缝区会出现蓝色氧化膜环现象。研究了蓝色环氧化膜的 微观结构和形貌,测量了表面膜厚度和成分。用常规腐蚀法、加速腐蚀法和离子注入法研究了蓝色氧化 膜环处的抗腐蚀性能。试验表明:近环焊缝区已形成蓝色环后并不影响该处锆合金在继续腐蚀时的抗 腐蚀性能,也不影响燃料棒整体的抗腐蚀性能。根据实验结果提出了蓝色氧化膜环的产生机理和消除措施,并在大规模生产中得到了验证。     

UN核芯TRISO燃料颗粒破损概率模型研究

TRISO燃料颗粒由核芯和4层包覆层组成,具有良好的裂变产物包容能力。TRISO燃料颗粒破损概率是表征TRISO燃料事故安全特性的关键参数。本文基于修正的PANAMA破损概率计算方法,在考虑UN核芯裂变气体释放导致的气体内压以及内外致密热解炭层辐照蠕变和收缩作用的基础上,开发了UN核芯TRISO燃料颗粒压力壳式破损概率计算方法,并采用IAEA基准题6和基准题9对模型进行了验证;基于开发的UN核芯TRISO颗粒破损概率计算方法,采用随机抽样统计方法分析了事故工况下UN核芯和包覆层设计参数（包括包覆层尺寸及密度）对UN核芯TRISO燃料颗粒破损概率的影响。研究结果显示,疏松热解炭（Buffer）层设计参数是影响TRISO颗粒破损概率的关键因素,可通过降低Buffer层尺寸及密度分布设计标准偏差的方法降低UN核芯TRISO燃料颗粒的破损概率。     

铀上激光辅助化学气相沉积镍薄膜研究

为防止金属铀的腐蚀,本文采用激光辅助化学气相沉积(LACVD)方法在铀上制备了镍薄膜。采用SEM、XRD分析了薄膜的形貌、物相以及界面特性,采用黏胶拉伸测试表征了膜-基结合性能,采用电化学极化法分析了薄膜的抗腐蚀性能。结果表明:压力和温度对化学气相沉积(CVD)方法制备镍薄膜的质量有较大的影响。随着基底温度和沉积气压的降低,薄膜变得致密、平整,质量提高。在优化的工艺条件165℃、3Pa下,CVD方法所得镍薄膜非常致密。采用LACVD方法时,激光能量为200mJ时所制得的薄膜致密,300mJ时膜变得粗糙。无激光辅助时,CVD方法所制得的薄膜较易剥落,激光辅助下所得薄膜的膜-基结合力较好。LACVD方法大幅提高了薄膜的抗腐蚀性能,抗腐蚀性能的提高主要源于激光辅助使薄膜致密化,提高了薄膜与基底的结合力。     

U表面Al及Ti/Al双重镀层的电化学腐蚀行为

采用动电位极化技术和扫描电镜(SEM)对U表面Al及Ti/Al双重镀层在含50μg/gCl^－的KCl溶液中的电化学腐蚀行为进行研究。研究结果表明：U表面Al镀层和Ti/Al双重镀层的腐蚀为局部腐蚀，其腐蚀速度明显低于裸体U，能够对U表面提供较好的保护。Al镀层相对U基体为阳极性镀层，能对U基体提供牺牲性保护；Ti镀层相对U基体为阴极性镀层，对U基体的保护是基于镀层对腐蚀介质的物理屏障作用。     

Surface modification of Pd-plated Ti alloys by ion beam mixing

Ti-Pd surface alloys were prepared by bombarding a Pd-plated Ti alloy with Xe ions. From AES-PRO, XPS-PRO and SIMS analysis it has been shown that the distribution of Pd is quite homogeneous through the thickness of the surface layer, a hardening phase, TiC, was formed in the surface layer and a TiO₂ passive film was found on the exposed surface. The average corrosion rate of the Ti-Pd surface alloy in boiling 1N H₂SO₄ is about 1/60 that of the Ti alloy substrate, and in the outer-surface region it makes three orders of magnitude improvement in the corrosion rate. There are many differences in micromorphology between the Ti-Pd surface alloy and the Ti alloy substrate after corrosion testing. Microhardness of the surface alloy increases 43% and the dry friction coefficient decreases 40% compared to the Ti alloy substrate.     

A mathematical model for crevice corrosion under porous deposits

A model has been developed to investigate the corrosion of steels in a thin, narrow crevice formed between the metal surface and an oxygen-permeable, porous deposit. A thin electrolyte layer exists within the deposit, due to geochemical fluids dripping onto a deposit-covered surface or due to the adsorption of moisture by a hygroscopic deposit. Mass transfer by diffusion and ion migration is considered in both the electrolyte films inside and outside of the crevice. The main reactions considered are the anodic dissolution of the alloy substrate, hydrolysis of the alloying element cations, dissociation of water, and the cathodic reduction of oxygen, hydrogen ion, and water. Special attention has been given to the role of parameters connected with the porous layer (porosity, tortuosity, and the layer thickness) on the rate of crevice corrosion. It is shown that the cavity acts as an ‘electrochemical amplifier’ from the point of view of the concentration of aggressive anions that leads to increasing of corrosion rate and to a higher probability of pit nucleation within the crevice.     

分子束外延生长ZnO薄膜及性能研究

用分子束外延（MBE）和氧气氛方法，并改变束源炉和衬底生长温度，在Si(100)衬底上，采用Zn作缓冲层以解决ZnO层与衬底间的晶格失配问题，生长得到ZnO薄膜。在ZnO/Zn/Si(100)薄膜样品的X射线衍射（XRD）谱中，观测到ZnO的（100）、（200）、（101）和（103）等衍射峰；用原子力显微镜（AFM）观测ZnO薄膜的表面形貌，为直径约80－90mm的量子点，表明已得到具有纳米结构的ZnO薄膜。用同步辐射EXAFS技术研究了ZnO薄膜的局域结构，得到有关的几个结构参数。     

硼缓冲注入层对氮化硼薄膜生长的影响

采用射频磁控溅射法在注硼的硅和高速钢基体上沉积制备c-BN薄膜,采用红外光谱(Infrared spectra,IR)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrum,XPS)和原子力显微镜(Atomicforce microscopy, AFM)等分析方法对沉积的薄膜进行了表征分析.实验结果表明:硅基体上离子注硼有利于c-BN薄膜内应力的降低;合适的注硼量注入高速钢基体有利于c-BN的生成和薄膜内应力的降低.AFM分析表明,注硼处理的高速钢基体上沉积的薄膜表面形貌平整,结晶性较好.此外也采用XPS方法对硅和高速钢基体硼过渡层进行了成分与组织结构分析,探索研究了硼缓冲层对c-BN薄膜生长的影响.     

一种Zr基非晶/晶体复合型核材料的力学性能与耐腐蚀性能的研究

采用Zr65Cu35和Nb双靶直流共溅射方法,通过调节Nb靶的溅射功率,制备了不同Nb含量的Zr Cu Nb非晶薄膜。分别使用能谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜观察Zr Cu Nb非晶薄膜的成分与结构,最终选择具有优异非晶形成能力的Zr53Cu38Nb9成分溅射到纯Zr基片上,以制备锆基非晶复合材料。研究测试Zr53Cu38Nb9非晶复合材料的力学性能与耐腐蚀性能。结果表明:与纯Zr基片相比,复合材料在弹性阶段力学性能无明显差异;而在塑性变形阶段,由于非晶薄膜与纯Zr基片的变形与断裂机制不同,该复合材料具有更好的拉伸塑性,其表现为非晶膜厚为280 nm、640 nm和960 nm的复合材料的最大拉伸塑性形变较纯Zr基片分别提高了2.72%、5.22%、4.27%;在耐腐蚀性能方面,非晶膜厚为640 nm的复合材料与纯Zr基片相比,具有较小的自腐蚀电流密度icorr、较正的腐蚀电位Ecorr以及较大的容抗弧半径,表现出更优异的耐腐蚀能力。因此,该新型Zr基复合材料在核材料领域具有潜在的应用。     

HR3C在超临界水中的腐蚀性能研究

通过高压釜浸泡实验研究了超级奥氏体不锈钢HR3C在循环的超临界水（SCW）中的均匀腐蚀性能,实验温度分别为550、600、650 ℃,压力为25 MPa,并对实验后试样生成的氧化膜进行了SEM、EDS和XRD分析。实验结果显示,HR3C在SCW环境中的氧化腐蚀速率随着温度的升高而增大,1 500 h后650 ℃ SCW环境下材料的腐蚀增重约为550 ℃时的2倍。材料表面生成的氧化膜主要成分为FeCr₂O₃、Fe₃O₄和Fe₂O₃,内层氧化膜富Cr而外层氧化膜富Fe。