铀的腐蚀与防腐蚀技术研究

铀是一种非常重要的战略核能源材料,核能技术的和平利用扩大了铀材料的应用领域.纯铀又是化学活性极强的材料,裸露的纯铀在大气中放置很短的时间就会在其表面产生氧化和腐蚀,这对材料的使用和存储带来危害.因此,对铀材必须实行表层保护或整体合金化才能增强其抗腐蚀效果,从而达到预防铀的老化和延长其存储期的目的.从铀材料的应用对抗腐蚀性能要求出发,重点论述了铀的腐蚀行为、不同温度和湿度下铀的氧化反应规律以及对其研究的历史和现状等.综合评述了铀的防腐涂层方法的研究(铀的整体合金化、表面涂层技术、利用化学反应制备保护层、离子注入保护和激光表面改性等5个方面).     

铀表面激光合金化处理层成分及相结构分析

应用激光技术对铀上铌镀层进行表面合金化处理,并应用能谱和X射线衍射仪对处理层中的铌元素分布和相结构进行了分析.结果表明,铌元素沿处理层深度方向有一定的浓度梯度,距离处理层表面越近,铌含量越高;处理层中铌和铀相互作用生成了相铀铌合金.     

真空热处理对石墨涂覆铀表面氧化和电化学腐蚀的影响

为了探讨石墨涂层铀表面经真空热处理后对铀抗蚀性能的影响,通过增重法和电化学方法研究了处理样在100℃和150℃、含有一定量O2和H2O(g)气氛中的抗氧化腐蚀性和50μg/g Cl-溶液中的抗化学介质腐蚀性.抗氧化腐蚀试验表明,当热处理时间(5 h)不变时,在600℃处理要优于在500℃处理.电化学试验表明,处理样品的抗蚀性能与热处理时间(2.5～10.0 h)和温度(500～650℃)有关,且在600℃处理5 h的样品的抗化学介质腐蚀性能最佳.真空热处理可以提高石墨涂层铀表面的抗蚀性能.     

镁合金表面耐磨涂层研究进展

镁及其合金具有优异的物理及机械性能,从而在许多领域得到应用.但其不耐磨性限制了镁合金在汽车和航空工业中的应用.最简单且有效的解决办法是在镁合金表面施加耐磨涂层.综述了几种新的表面耐磨涂层技术,即激光表面改性涂层(激光表面重熔/激光表面合金化/激光表面熔敷)、表面纳米陶瓷涂层和微弧氧化陶瓷基涂层,并分析了它们的研究和应用前景.     

铀及其合金表面防护技术的概况及展望

铀作为核能材料,应用很广泛.但铀的化学性质非常活泼,极易腐蚀,研究者们对其表面防护技术进行了许多研究,总结了铀及其合金各种表面防护技术的发展及应用,并对未来的发展趋势进行了展望.     

超高真空磁控溅射法沉积铀薄膜及其表面状态

铀薄膜有助于原子参数的测试研究,目前对铀薄膜研究的报道较少.利用超高真空磁控溅射法在单晶Si片上制备了铀薄膜.通过扫描电子显微镜(SEM)对铀薄膜的表面形貌进行了观察,利用X射线光电子能谱仪(XPS)及X射线衍射仪(XRD)对铀薄膜的表面结构及元素状态进行了分析和表征.结果表明:铀薄膜呈片状式生长,比较致密、连续,表面由铀及氧化铀组成,之下为纯铀.     

45 钢表面激光合金化组织分析及硬度测试

目的为了提高45钢表面性能,采用CO2激光器对其表面进行合金化处理。方法利用带有能谱的扫描电子显微镜(SEM/EDS)、金相显微镜、X射线衍射仪、显微/维氏硬度计、扫描电镜等,对合金化层组织及性能进行了观察和分析。结果激光合金化层由合金化区、结合区和热影响区3部分组成,涂层与基体呈冶金结合;涂层主要含Cr3C2,Fe Ni3,Cr23C6,Fe3C相;激光合金化层的显微硬度达1032 HV,约为基体的3.5倍。结论 45钢经激光合金化处理,可改善其表面性能,显著提高其硬度。     

铀及铀合金的表面预处理和防护层的制备

铀是一种化学活泼和有毒害的金属。为了防护铀及其合金,本文介绍了对铀进行表面预处理及制备防护层的方法,实践证明,它们都是可行的。     

冷喷涂锌镍合金层的组织结构及耐蚀性

为了探讨冷喷涂制备锌镍合金的可行性及其制成的涂层的耐蚀性,采用机械合金化制备了不同镍含量的锌镍合金粉末,将其冷喷涂于Q235钢表面制成锌镍合金层,通过动电位极化测试、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等研究了其在海水中的腐蚀行为。结果表明:机械合金化能使部分锌镍粉末合金化,冷喷涂过程使合金化程度进一步提高;锌镍合金冷喷涂层在海水中浸泡时,锌首先被溶解生成致密产物,产物膜下形成镍的富集层,延缓了涂层的腐蚀速率;镍的加入可以提高涂层的稳定电位,降低涂层腐蚀速率,但镍含量过高会使涂层发生腐蚀微电池作用,含镍15%的冷喷涂锌镍合金层的耐蚀性最佳;镍可以稳定Zn(OH)2,抑制其向ZnO转化,使得冷喷涂层腐蚀形貌均匀致密。     

氧化石墨烯复合材料吸附铀的研究进展

氧化石墨烯由于具有超大的比表面积、高强度和化学稳定性好等优点,其在环保领域作为含铀废水吸附材料的应用潜能备受关注。本文综述了近年来石墨烯基复合材料吸附水溶液中铀的研究现状及进展,介绍了石墨烯基复合材料对铀的吸附性能,分析了溶液pH值、温度、离子强度、接触时间和吸附剂用量等因素对吸附效果影响的原理,阐述了通过表面络合模型,光谱分析和理论计算等方法探讨氧化石墨烯复合材料的微观形貌结构与铀吸附效果之间的内在联系,最后研究了氧化石墨烯复合材料吸附铀研究中面临的挑战,对石墨烯材料与轴的相互作用机理及其在环保方面的开发应用进行了展望。     

氟磷灰石对酸性水溶液中铀(VI)的去除研究

随着全球核能的开发利用, 铀已成为土壤、地表水和地下水的常见污染物, 从含铀废水中去除铀(VI)已成为迫切需要。本工作以氟化钙、焦磷酸钙、氢氧化钙为反应原料合成氟磷灰石, 系统研究了其对铀(VI)的去除性能并采用不同测试手段对吸附铀(VI)前后的氟磷灰石进行表征, 揭示了其相关去除机理。结果表明: 在温度为308 K, pH=3, 固液比为0.12 g/L, 平衡时间为120 min, 初始铀浓度为100 mg/L的条件下, 氟磷灰石对铀(VI)的吸附容量可达655.17 mg/g, 其吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型, 且为自发和吸热过程。氟磷灰石对铀(VI)的去除机理为表面矿化, 吸附铀(VI)的氟磷灰石表面产生了新相准钙铀云母[Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·6H₂O], 准钙铀云母在pH≥3水溶液中能保持较高稳定性。因此, 氟磷灰石可以作为一种有前景的矿化剂, 用于含铀废水的净化和固体化处理。     

铀部件贮存容器内气氛控制方法研究

目的研究不同气氛控制方法对铀部件贮存容器内气氛演化及铀部件腐蚀情况的影响,获得优化的气氛控制方法。方法采用虚拟表面反应的方法建立铀材料与环境气氛反应、有机材料释放水分、干燥剂吸水的计算方法,计算提高容器密封性能、干燥剂及分散放置、有机材料干燥剂处理等气氛控制措施单独使用及联合使用的7种工况下容器内湿度控制及氧含量情况,以及铀部件的腐蚀增重情况,对比分析了各种气氛控制措施的效果。结果经研究可知,对于含铀部件的贮存容器,仅提高其密封性能反而会导致容器内缺氧,从而加速铀部件的腐蚀;放置干燥剂是较好的气氛控制方式,分散放置的效果更好;采用分散放置干燥剂的同时对有机材料进行干燥处理的气氛控制措施效果最好,不仅铀部件的腐蚀速率最低,而且可以长时间保持有氧低腐蚀速率状态。结论得到了含铀部件贮存容器内多组分气氛演化规律及铀部件腐蚀情况变化的计算方法,对比研究了多种气氛控制方法在气氛控制及降低铀部件腐蚀方面的效果,获得了优化的气氛控制方法。     

Radiative Properties of Uranium Dioxide Near Its Melting Point

A new technique for measuring radiative properties of nuclear fuel materials at high temperatures has been developed. The technique is based on pulse diffuse optical probing of the sample surface and on pyroreflectometry used in measuring radiative properties of refractory materials during laser heating or cooling. Pulse diffuse optical probing of the sample has been realized for the first time in subsecond pyrometry of the open surface heated by laser radiation. Such a procedure of sample irradiation during sample laser heating or cooling enables reflectivity and emissivity measurements near high temperature phase transitions to be performed in spite of possible sharp changes of the reflection indicatrix at phase transitions in the investigated material. With the method developed in this study, the spectral emissivity and reflectivity of uranium dioxide near its premelting and melting points have been measured. It has been found that condensation of the vapor plume formed above the sample during laser heating influenced the melting and boiling temperatures of uranium dioxide. The first-order phase transitions in uranium dioxide, such as solid–vapor–solid and liquid–vapor–liquid, have been observed in uranium dioxide for the first time during laser heating. Also, new data on the spectral emissivity of uranium dioxide at a wavelength of 0.644 m and in the temperature range of 2000 to 4200 K are presented.     

Uranium and thorium sequestration by a Pseudomonas sp.: mechanism and chemical characterization

The mechanism and chemical nature of uranium and thorium sequestration by a Pseudomonas strain was investigated by transmission electron microscopy, energy dispersive X-ray (EDX) analysis, FTIR spectroscopy and X-ray diffractometry. Atomic force microscopy (AFM) used in the tapping mode elucidated the morphological changes in bacterial cells following uranium and thorium binding. Transmission electron microscopy revealed intracellular sequestration of uranium and thorium throughout the cell cytoplasm with electron dense microprecipitations of accumulated metals. Energy dispersive X-ray analysis confirmed the cellular deposition of uranium and thorium. EDX and elemental analysis of sorption solution indicated the binding of uranium and thorium by the bacterial biomass via displacement of cellular potassium and calcium. The strong involvement of cellular phosphate, carboxyl and amide groups in radionuclide binding was ascertained by FTIR spectroscopy. X-ray powder diffraction (XRD) analyses confirmed cellular sequestration of crystalline uranium and thorium phosphates. Overall results indicate that a combined ion-exchange-complexation-microprecipitation mechanism could be involved in uranium and thorium sequestration by this bacterium. Atomic force microscopy and topography analysis revealed an undamaged cell surface with an increase in cell length, width and height following radionuclide accumulation. The arithmetic average roughness (R(a)) and root mean square (RMS) roughness (R(q)) values indicated an increase in surface roughness following uranium and thorium sequestration.     

铀钚金属表面抗腐蚀性研究进展

金属铀钚表面的腐蚀与防腐蚀一直受到关注,章综述了自1994年来作实验室在铀钚金属表面抗腐蚀性方面的研究进展。用X射线光电子能谱（XPS）、气相色谱（GC）等方法系统地分析研究了金属铀和U3O8与CO、CO2、H2等气体的相容性及其表面化学行为,铀试样在CO气氛中的贮存氧化增重及δ－Pu金属和铀试样在该气氛贮存期气相组成变化;应用改进的量子力学计算方法对金属铀钚化合物的分子结构、势能函数、光谱性质、热力学性质和动力学性质进行了系统研究;应用热力学平衡原理方法研究了铀和钚在还原气氛中的表面化学反应。通过实验与理论结合的系统研究,揭示了铀与上述气体介质相互作用的规律,得到一系列具有实际应用和理论意义的实验研究和理论计算结果,为进一步深化铀钚金属抗腐蚀研究奠定了基础。研究结果表明CO的存在有利于抑制铀钚金属的表面氧化腐蚀。     

中国铀矿采冶技术发展与展望

对中国铀矿采冶工业的发展作了全面的回顾,重点介绍了中国铀矿地浸、堆浸、原地爆破浸出技术的研究进展与应用水平;在对中国铀矿采冶形势和存在的问题分析的基础上,结合矿床资源的特点,指出了中国铀矿采冶技术发展的方向。21世纪中国铀矿冶工业面临新的发展机遇和挑战,只有开发新的采、选、冶技术,提高铀资源的利用水平,减少铀矿采冶对环境的影响,才能实现铀矿冶的可持续发展和经济与环境的协调发展。