Fe-Al/Al2O3涂层表面氧化膜的掠入射X射线衍射研究

本文采用掠入射X射线衍射（GXRD）α-2θ扫描模式,进行了掠入射角α为0.1°～5°范围内Fe-Al/Al₂O₃阻氚涂层表面氧化膜的X射线衍射实验。结果表明,随α的增加,表面氧化膜中Al₂O₃相与Fe₃Al相对应的衍射峰强度绝对值增强;α的增加加深了分析区域的深度,引起Al₂O₃相的相对含量下降,导致Al₂O₃相对衍射峰强度降低。对Fe-Al/ Al₂O₃涂层表面氧化膜的掠入射X射线衍射而言,较佳的掠入射角是0.25°,此时对应Al₂O₃相的衍射峰相对强度最高。经比对PDF卡片,表面氧化膜相结构为暂态γ-Al₂O₃（200）。在此基础上建立了GXRD分析Fe-Al/ Al₂O₃涂层表面亚微米氧化膜的相结构组成的快速无损检测方法。     

阻氚用Fe-Al渗铝层表面稳态相Al2O3膜生长机理研究

为阐释Fe-Al渗铝层表面暂态相Al₂O₃膜向稳态相α-Al₂O₃膜的转变机理，探索稳态相α-Al₂O₃膜制备的氧化工艺参数范围，采用掠入射角X射线衍射仪、辉光放电光谱仪、聚焦离子束、透射电镜等，结合热重分析对CLAM钢基体Fe-Al渗铝层在940～980 ℃、1 Pa～20 kPa参数下的氧化生长行为进行了深入表征与机理分析。研究结果表明，在1 Pa～20 kPa氧分压范围内Al₂O₃膜生长初期反应速率常数随着氧分压的升高而增大，而后期反应速率常数反而随之下降；采用掠入射角X射线衍射仪对3～180 min氧化不同时期表面Al₂O₃膜的相结构进行了掠入射角分析，推测Al2O3膜的生长经历了从氧化初期形成暂态相γ-Al₂O₃（15 min）→过渡态相α-（Al_0.948Cr_0.052）₂O₃（30 min）→稳态相α-Al₂O₃（120～180 min）的演变过程，最短相转变时间约60～90 min，连续Al₂O₃膜厚度约2 000 nm；同时，结合聚焦离子束对30、120 min形成的Al₂O₃膜表面进行了精确定向切割制样，并采用透射电镜选区电子衍射分析验证了相转变前Al₂O₃膜结构为过渡态相α-（Al_0.948Cr_0.052）₂O₃（113），转变后为稳态相α-Al₂O₃（113），证实了Cr作为第三组元促进暂态相向稳态相α-Al₂O₃的转变规律。     

Fe-Al/Al2O3阻氚涂层热处理条件对HR-2不锈钢力学性能影响

采用室温力学拉伸试验、显微硬度测试、X射线衍射及组织观察等方法研究了“室温熔盐电镀铝+热处理+选择性氧化”工艺路线制备Fe-Al/Al₂O₃阻氚涂层热处理过程对HR-2奥氏体不锈钢力学性能及显微组织的影响。结果表明：经热处理后的HR-2不锈钢仍然保持奥氏体组织;980 ℃热处理180 min时抗拉强度为580.48 MPa,硬度值为177.92 HV,伸长率为79.43%,具有优异的塑韧性;700 ℃热处理150 h时抗拉强度为616.47 MPa,硬度值为213.34 HV,伸长率为63.32%;经热处理后的HR-2不锈钢基体力学性能变化不大。现行的涂层制备工艺对基体材料影响较小,满足微观结构与力学性能指标。     

Al2O3覆盖层制备工艺对YSZ涂层耐熔盐腐蚀性能的影响

高密度石墨(HDG)由于其良好的抗热震性和高温强度,被认为是极具应用前景的坩埚候选材料之一。然而,熔盐电解法处理乏燃料过程中,高密度石墨坩埚会与高温氯化物熔盐、乏燃料等具有腐蚀性的介质直接接触,从而对坩埚造成腐蚀,影响坩埚的稳定性和使用寿命。坩埚表面等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层被证实具有优异的性能,但是涂层本身所存在的孔洞、裂纹以及液滴等缺陷严重制约了YSZ涂层在高温下的性能。因此,通过密封处理方法来提高涂层的致密度显得尤为迫切。本文利用磁控溅射(PVD)法和金属有机分解(MOD)法在等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层表面制备了Al₂O₃覆盖层,研究了这两种方法制备的Al₂O₃覆盖层对YSZ涂层在NaCl-KCl熔盐中的抗腐蚀性能的影响,并利用SEM、EDS、XRD等对腐蚀前后涂层的形貌以及微观结构进行了详细表征。结果表明：PVD法制备的Al₂O₃覆盖层主要分布于YSZ涂层表面,使其表面致密度得到一定程度提升,但涂层内部的致密度以...     

添加纳米Y2O3的ODS-HT9钢的显微结构和性能

为了研究纳米Y₂O₃对HT9钢的显微结构和力学性能的影响，采用粉末冶金工艺，制备了纳米Y₂O₃含量为0.1%~0.9%的ODS-HT9钢样品，测定了样品的抗拉强度、伸长率、维氏硬度等力学性能，利用透射电子显微镜（TEM）观察和分析了样品中纳米Y₂O₃颗粒的分布状况、形状和相结构，利用扫描电子显镜（SEM）观察了样品拉伸断口的形貌。研究表明，球磨和热压烧结后，纳米Y₂O₃颗粒能够均匀地分布于基体中，相结构和形状未发生明显变化。弥散分布的纳米Y₂O₃硬质颗粒，具有明显的弥散强化作用，导致ODS-HT9钢的抗拉强度和维氏硬度随Y₂O₃含量的增加而显著增加，伸长率显著降低。Y₂O₃含量低于0.7%时，样品以韧性断裂为主，进一步增加含量，断裂方式将由韧性断裂转变成脆性断裂。纳米Y₂O₃含量为0.3%~0.5%的ODS-HT9钢，抗拉强度达到了913~936 MPa，伸长率为10.7%~11.2%，具有良好的综合力学性能。本文研究结果有助于ODS-HT9钢高温性能的研究及其在反应堆中的实际应用。      

316L不锈钢包埋渗铝涂层制备及动力学研究

包埋渗铝技术是制备阻氚涂层常用工艺,其中形成的Fe-Al渗层微观组织对最终形成Al₂O₃涂层的阻氚性能有重要影响。选取AlCl₃(1 wt%)为催化剂,在316L不锈钢基体表面上开展了粉末包埋渗铝工艺试验,采用扫描电镜、X射线能谱分析、X射线衍射等测试手段,分析了渗铝温度和保温时间对基体表面Fe-Al渗层的相结构、微观结构、成分组成的影响,并建立了渗铝过程的动力学模型。试验结果表明：渗铝层由铁铝相组成,存在一定量的铁铝铬、铁铝镍析出物;高的渗铝温度有利于渗铝层的生长,1 023 K以上渗铝层出现明显分层现象;延长渗铝时间能够提高Fe-Al渗层的厚度,但对其物相组成没有影响。根据以上结果,对Fe-Al渗层形成过程进行动力学分析,发现渗铝温度对渗层生长速率的影响符合Arrhenius关系,获得了316L不锈钢包埋渗铝的Arrhenius活化能约为79.23 kJ·mol^-1。同时,拟合出了渗铝时间与涂层厚度的关系式为h=14.585t^1/2+19.514。     

Al2O3色层法从低浓铀靶件中分离99Mo条件研究

在裂变⁹⁹Mo的生产工艺中,常用Al₂O₃色层法分离纯化⁹⁹Mo。为建立Al₂O₃色层法从低浓铀(LEU)靶件中分离裂变⁹⁹Mo的工艺,考察吸附时间、温度、酸度、预处理方式等对Al₂O₃吸附Mo效果的影响。研究采用Al₂O₃色层法从不同浓度HNO₃溶液中分离Mo。测定Al₂O₃色层法对Al和主要杂质元素Sr、Ru、Zr、Te、Cs、I的去污系数。研究结果表明,在0.05~0.1 mol/L HNO₃介质中Al₂O₃对Mo有出色的吸附性能,Mo吸附率在99%以上,在NH₄OH溶液中Al₂O₃不吸附Mo。经500 ℃活化3 h预处理得到的Al₂O₃-C具有更大的比表面积,且在HNO₃浓度大于0.1 mol/L时相比于150 ℃活化3 h预处理得到的Al₂O₃-B以及未经高温预处理得到的Al₂O₃-A对于Mo有更好的吸附性能。采用该工艺,通过Al₂O₃色层法从模拟的LEU靶件溶液中提取Mo,Mo回收率大于90%,Al₂O₃色层法对裂变杂质元素Ru、Sr、Zr、Te、Cs等的去除率均大于99.99%,对¹³¹I的去除率大于92%。由此可见,Al₂O₃在HNO₃介质中对Mo的吸附率高,能够有效地去除⁹⁹Mo产品中的杂质核素,适用于从低浓铀靶件中分离裂变⁹⁹Mo。     

整体式除氚催化剂的制备及催化氧化性能

针对大型核设施产生的大流量废气的处理,发展低气阻的整体式催化剂尤为必要。本工作在整体式堇青石载体上生长分子筛涂层,以离子交换法负载活性组分Pt,获得的整体式催化剂具有高的金属分散度,达到了60%。使用该催化剂,在15 ℃、体积空速为10 000～40 000 h^-1、1.0%（体积分数）H₂的条件下实现大于99.9%的H₂转化率;在25 ℃、体积空速为50 000 h^-1 、1.0% H₂的条件下实现H2的完全转化。在更低的H₂浓度下（0.1% H₂和0.5% H₂）,该催化剂在湿条件下的H₂转化率低于干条件下的H₂转化率,表明水蒸气会抑制室温催化活性。由于分子筛涂层较Al₂O₃涂层具有更低的吸水性,整体式Pt/sil-cord催化剂在湿条件下具有比Pt/Al₂O₃高得多的室温催化活性（0.1% H₂下,转化率为80%,而在Pt/Al₂O₃ 上的转化率为13%）,表现出较好的抗湿性。     

Mo在Al2O3上的吸附、解吸性能及其与U、Sr、Cs、I等杂质元素的分离

目前国际⁹⁹Mo面临供应危机，急需新技术和新反应堆。医用同位素生产堆是以²³⁵UO₂(NO₃)₂溶液为燃料的专用反应堆，生产成本低、三废少、经济效益高。本工作利用Al₂O₃为分离材料，从模拟的医用同位素生产堆（MIPR）燃料溶液中分离和纯化Mo。结果表明，经两次分离，Mo的总回收率大于 60%， U、Sr、Cs、I等杂质可以被除去，采用Al₂O₃从MIPR燃料溶液中提取⁹⁹Mo工艺可行。     

Gd2O3-Nd2O3-ZrO2-CeO2体系的高温固相反应研究

为研究Gd₂O₃-Nd₂O₃-ZrO₂-CeO₂四元氧化物体系的高温固相反应，以Gd₂O₃、Nd₂O₃、ZrO₂、CeO₂混合粉体为原材料，在1 673 K和1 773 K温度下煅烧24、48、72 h，分别制备了系列样品，并对合成样品进行了XRD和SEM分析。结果表明，合成产物为具有缺陷萤石相且伴有少量烧绿石相的Gd_2-xNd_xZr_2-xCe_xO₇（0≤x≤2）晶体化合物。随着煅烧温度的升高和煅烧时间的延长，产物中立方烧绿石相的化合物增多，晶粒尺寸变大，且有少量未知相生成。进而探讨了锆基陶瓷固化多核素的潜在应用，并提出了未来研究的相关热点问题。     

Investigation of Stable Al2O3 Scale on Fe-Al Aluminized Coating for Tritium Barrier

It is well known that α-Al₂O₃ phase has stablility performance, high permeation reduction factor and good resistance performance in liquid LiPb, which is considered as the reference tritium barrier coating in future fusion reactor. In order to study the formation mechanism of stable α-Al₂O₃ scales on fusion structure material, the oxidation behavior of Fe-Al aluminized coating on China Low Activated Martensitic （CLAM） steel was investigated under the oxygen partial pressure from 1 Pa to 20 kPa at the temperature of 940-980 ℃. The Al₂O₃ scales were analyzed by thermogravimetric analysis meter, grazing angle X-ray diffractometer, glow discharge spectrometer, focused ion beam and transmission electron microscope. A single continuous Al₂O₃ scales with the maximum thickness of about 2 000 nm was formed on the diffusion Fe-Al aluminized layer. Thermogravimetric analysis results show that the higher oxidation rate constant is achieved while increasing the oxygen partial pressure, and then oxidation rate constant decreases. The phase transformation of Al₂O₃ scales on the surface of Fe-Al aluminized coating was studied during different oxidation time ranges from 3 min to 180 min. The metastable γ-Al₂O₃ and α-（Al0.948Cr0.052）₂O₃ phases is formed in the earlier oxidation process and finally transformed to stable α-Al₂O₃ phase. The features of the transient α-（Al0.948Cr0.052）₂O₃（113） and α-Al₂O₃（113） were detected by GXRD and then confirmed by focused ion beam and transmission electron microscope.     

镧系元素模拟衰变子体对An_2Zr_2O_7固化体结构及其γ辐照性能的影响

锆基烧绿石An2Zr2O7以优异的抗辐照性能和化学稳定性成为高放废物中锕系核素的理想固化基材,高放废物固化体在长期贮存过程中不断衰变产生衰变子体,必将影响固化体的结构和性能。本文以镧系核素Nd模拟锕系核素Pu、Am,La模拟其衰变子体U、Np,通过溶胶凝胶方法合成了(LaxNd1-x)2Zr2O7模拟固化体。样品经高能γ辐照,辐照剂量为233.78kGy。利用X射线衍射、Raman振动光谱和结构精修方法对辐照前后的系列样品进行了分析。结果表明:(LaxNd1-x)2Zr2O7系列固化体均为单一的烧绿石结构相;固化体的晶格常数随La的增加呈线性增加,晶体结构趋于有序化,意味着衰变子体有助于固化体趋向于更加有序的烧绿石结构。γ辐照和结构精修结果表明,随着子体的增加,An—O48f键长增大,离子键结合力减小,在辐照情况下晶格易发生无序化,抗辐照能力减弱。     

Formation mechanism of Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite coating by plasma electrolytic oxidation(PEO)

In this study, an Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite coating was created on an aluminum 1050 substrate using the plasma electrolytic oxidation method. The zeta potential measurements showed that small MoS_2 particles have negative potential and move toward the anode electrode.The nanoparticles of MoS_2 were found to have a zeta potential of-25 mV, which prevents suspension in the solution. Thus, to produce an Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite, one has to use the microparticles of MoS_2. The X-ray diffraction analyses showed that the produced coatings contained α-Al_2O_3, γ-Al_2O_3, and MoS_2, and that the size of MoS_2 particles can be reduced to 30 nm. It was observed that prolonged suspension in the electrolyte results in an enhanced formation of an Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite. Using the results, it was hypothesized that the mechanism of the formation of the Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite coating on the aluminum 1050 substrate is based on electrical energy discharge.     

Melting behaviour of oxide systems for heterogeneous transmutation of actinides. II. The system MgO–Al2O3–PuO2

Isothermal sections of the phase diagram of the system MgO–Al₂O₃–PuO₂ at various temperatures were calculated using sublattice models. The results show that below 2133 K no liquid occurs in the system. Above 2133 K liquid starts to form at the Al₂O₃–PuO₂ side. The phase diagram of the pseudo-binary system PuO₂–MgAl₂O₄ was also obtained from an isopleth T–x calculation.     

Na_2O/Al_2O_3摩尔比对模拟高放废液硼硅酸盐玻璃固化体结构和性能的影响

研究了Na2O/Al2O3摩尔比(n)对模拟高放废液硼硅酸盐玻璃固化体结构和性能的影响。利用红外光谱分析了不同Na2O/Al2O3摩尔比时硼硅酸盐玻璃固化体的结构变化,并用溶解速率法(DR)和全谱直读等离子发射光谱(ICP-OES)表征了所制备出固化体的化学稳定性。结果表明:在研究组分范围内,当n1.0时,硼硅酸盐玻璃固化体结构中Al以[AlO4]四面体的形式存在,但[BO3]三角体的量较大;随着Na2O/Al2O3摩尔比的增加(n=1.0),固化体结构中[BO3]三角体向[BO4]四面体转变,Al仍以[AlO4]四面体的形式存在,固化体结构稳定性增加;Na2O/Al2O3摩尔比继续增加(n=1.5或2.0),固化体成分中由于Al含量已很少而使[AlO4]含量过少,对固化体结构网络致密性的影响起主要作用,且此时成分中存在过多的碱金属离子在结构中起断网作用,玻璃固化体网络结构变疏松。在Na2O/Al2O3摩尔比为1.0时,玻璃固化体有相对较佳的结构稳定性和化学稳定性,浸泡56d后的失重速率为10-9 g/(cm2·min)数量级,且浸出液中各浸出离子的平均浓度最低。     

基于铌酸银的耐高温放射性碘吸附剂的制备及性能

通过机械混合法制备了一种基于铌酸银(AgNbO_3)的耐高温放射性碘吸附剂(AgNbO_3/Al_2O_3)。和常规载银吸附剂(Ag/Al_2O_3)相比,AgNbO_3/Al_2O_3吸附剂的吸附性能更为稳定;特别是在650℃以上时,其对放射性碘的去污因子远高于常规载银吸附剂。表征测试结果表明,该吸附剂结构稳定性良好,可耐受较长时间的高温。热重测试和高温脱附试验等结果表明,碘化银在AgNbO_3/Al_2O_3吸附剂表面稳定性的提高是该吸附剂在高温时吸附性能更佳的主要原因,其将来有望用于核事故中的应急处置。     

含铝奥氏体耐热钢在超临界二氧化碳中的腐蚀行为

研究了20Cr-25Ni合金和一种新型结构材料含铝的奥氏体耐热钢（AFA钢）在600℃/20 MPa的超临界二氧化碳（S-CO₂）环境中的腐蚀行为,并对2种合金的氧化膜形貌、成分和结构进行分析。研究发现,20Cr-25Ni合金出现明显的腐蚀增重增长趋势,表现出“抛物线”上升规律;AFA钢腐蚀增重趋势缓慢,腐蚀1000 h后仅为2.11 mg/dm2。20Cr-25Ni合金表面出现粗大的氧化产物,随腐蚀时间延长,AFA钢的氧化膜始终保持致密、连续。通过氧化膜的截面形貌分析发现,20Cr-25Ni合金腐蚀后具有两层氧化膜结构,主要由Fe₃O₄和FeCr₂O₄氧化层以及少量尖晶石组成。而AFA钢中出现了3层氧化膜结构,中间和最内层分别为Cr₂O₃和Al₂O₃氧化膜,最外层分布了一层不连续的FeCr₂O₄尖晶石氧化物。由于形成了致密的Al₂O₃氧化膜,AFA钢的抗腐蚀性能大幅提升。      

Investigation of neutron converters for production of optically stimulated luminescence (OSL) neutron dosimeters using Al2O3:C

This paper presents the optically stimulated luminescence (OSL) properties of neutron dosimeters in powder and in the form of pellets prepared with a mixture of Al₂O₃:C and neutron converters. The neutron converters investigated were high density polyethylene (HDPE), lithium fluoride (LiF), lithium fluoride 95% enriched with ⁶Li (⁶LiF), lithium carbonate 95% enriched with ⁶Li (⁶Li₂CO₃), boric acid enriched with 99% of ¹⁰B and gadolinium oxide (Gd₂O₃). The proportion of Al₂O₃:C and neutron converter in the mixture was varied to optimize the total OSL signal and neutron sensitivity. The neutron sensitivity and dose-response were determined for the OSL dosimeters using a bare ²⁵²Cf source and compared to the response of Harshaw TLD-600 and TLD-700 dosimeters (⁶LiF:Mg,Ti and ⁷LiF:Mg,Ti). The results demonstrate the possibility of developing an OSL dosimeter made of Al₂O₃:C powder and neutron converter with a neutron sensitivity (defined as the ratio between the ⁶⁰Co equivalent gamma dose and the reference neutron absorbed dose) and neutron–gamma discrimination comparable to the TLD-600/TLD-700 combination. It was shown that the shape of the OSL decay curves varied with the type of the neutron converter, demonstrating the influence of the energy deposition mechanism and ionization density on the OSL process in Al₂O₃:C.