热处理对Zr-4合金在360℃ LiOH水溶液中腐蚀行为的影响

研究了热处理对Zr-4样品在360℃／18．6MPa／0．0lmol／L LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响。结果表明：经过β水淬处理的样品耐腐蚀性能最好，腐蚀210d后的增重与ZIRLO和N18合金的相当，氧化膜表面黑色光亮；β水淬后经冷轧再加热到580-750℃退火处理的样品，它们的耐腐蚀性能都不如脉淬处理的样品，但是在退火的温度范围内，样品的耐腐蚀性能随处理温度的升高而提高。讨论了热处理对Zr-4合金耐腐蚀性能影响的机理，认为不同热处理改变了Fe＋Cr在α-Zr中的过饱和固溶含量是引起耐腐蚀性能差别的主要原因。     

变形及热处理影响Zr-4合金显微组织的研究

Zr- 4 合金样品经1 020 ℃保温20 min后水淬处理,形成了一些富集Fe和Cr的片层状β-Zr相(bcc结构),a=0.362 nm.其中Fe含量约为3.65 wt%,Cr含量约为0.61 wt%,Sn含量约为1.57 wt%.该β-Zr相经变形及580 ℃热处理后分解,形成α-Zr和细小的、带状分布的Zr(Cr,Fe)2第二相,所以Zr- 4合金经β相水淬、变形及热处理后也可得到细小且分布较均匀的第二相.     

β相处理时冷却速率对Zr-4合金耐疖状腐蚀性能的影响

利用静态高压釜腐蚀实验研究了β相处理时冷却速率对Zr-4合金板状样品在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中耐疖状腐蚀性能的影响。结果表明:β相处理时,随着冷却速率的降低,Zr(Fe,Cr)_2第二相会明显沿α-Zr板条晶界上析出,降低了过饱和固溶在α-Zr中的Fe和Cr含量,使得样品经过冷轧和再结晶退火后的耐疖状腐蚀性能变差。对比研究了工业生产中Zr-4合金板材耐疖状腐蚀性能不均匀的样品,认为出现这种现象与板坯在进行β相淬火时,由于尺寸较大各处的冷却速率不均匀有关。     

Cu对Zr-2.5Nb合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀行为的影响

添加微量合金元素Cu的Zr-2.5Nb-xCu(x=0.2,0.5,质量分数,%)合金样品,经β相水淬、冷轧变形及580℃,50 h和620℃,2 h退火处理,在静态高压釜中进行500℃/10.3 MPa的过热蒸汽腐蚀实验.利用SEM和TEM研究了氧化膜截面的显微组织.结果表明,添加少量Cu可以提高Zr-2.5Nb合金的耐腐蚀性能;合金的耐腐蚀性能与氧化膜中的柱状晶的生长及形态有关,添加合金元素Cu有利于提高锆合金氧化膜中柱状晶比例.并使柱状晶尺寸增大且排列有序,从而提高锆合金的耐腐蚀性能.     

退火工艺对Zr-0.8Sn-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge合金耐腐蚀性能的影响

利用静态高压釜腐蚀实验和SEM、TEM/EDS分析方法,以Zr-0.8Sn-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge合金为对象,研究了β相水淬后不同退火工艺对合金的显微组织及在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响。结果表明:500℃退火处理的样品发生了部分再结晶,退火时间对第二相尺寸的影响不明显;580℃退火处理的样品发生了完全再结晶,并且随着退火时间的延长,第二相的尺寸增大;合金元素主要以密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)_2、四方的Zr_3Ge和正交的Zr_3Fe第二相析出;该合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能随着退火温度的升高和退火时间的延长而提高。     

Zr-2.5Nb合金中β-Nb相的氧化过程

Zr-2.5Nb合金经β相水淬、冷轧变形及580℃,50 h退火处理,在静态高压釜中进行500℃/10.3 MPa的过热蒸汽腐蚀实验.HRTEM观测表明,580℃,50 h退火处理的锆合金析出了颗粒细小(<100 nm)的β-Nb第二相,其数量较多,分布较均匀.β-Nb相的氧化速率比锆合金基体缓慢,在氧化过程中首先生成NbO_2,呈现晶态和非晶态的混合组织,然后转变成非晶态占主导的氧化物,最后流失到腐蚀介质中.     

Zr-2.5Nb合金在550℃/25MPa超临界水中腐蚀时的氢致α/β相变

Zr-2.5Nb合金经a相水淬及冷轧变形后,再经过580℃/5 h和650℃/2 h的热处理,在静态高压釜中进行550℃/25 MPa超临界水腐蚀实验.用电子显微镜研究了腐蚀前、后合金基体的显微组织.结果表明在550℃/25 MPa超临界水中腐蚀到一定程度后,合金基体内会形成氢稳定的β-zr相,同时合金元素Nb扩散进入该相,形成富Nb/H的β-Zr相.该相在降温过程中发生分解,形成ZrHx、α-Zr和Nb含量不同的Zr-Nb相组织.     

添加Bi对Zr-4合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响

在Zr-4合金基础上添加0.1%—0.5%Bi（质量分数）制备成Zr-4+xBi合金,用高压釜腐蚀实验研究了Bi含量对Zr-4+xBi合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响;用TEM,EDS和SEM观察了合金和合金腐蚀后氧化膜的显微组织.结果表明:随着Bi含量的增加,Zr- 4+xBi合金中第二相的尺寸和形状变化不大,但数量增多,并出现了不同成分的第二相,包括Zr（Fe,Cr）₂,Zr-Fe- Cr-Bi.Zr-Fe- Sn -Bi和Zr-Fe- Cr-Sn-Bi.在Zr -4+0.1Bi合金中检测到了含Bi的第二相,这说明580℃时Bi在Zr- 4+xBi合金α- Zr基体中的固溶度小于0.1%.另外,适量Bi的添加促进了原先固溶在α-Zr基体中Sn的析出.与Zr-4合金相比,在Zr-4中添加0.1%—0.5%Bi后合金的耐腐蚀性能反而下降,并随着Bi含量的增加耐腐蚀性能恶化趋势越显著,这说明Zr-4合金中添加Bi并不能改善合金的耐腐蚀性能,反而产生有害的影响.这应该与含Bi第二相和同时含有Bi,Sn第二相的析出有关.     

Zr-1Nb-xGe-yBi合金的耐腐蚀性能

利用堆外静态高压釜实验研究了Zr-1Nb-x Ge-yBi(x=0.05-0.1,y=0.2-0.4,质量分数,%)合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽和360℃/18.6 MPa去离子水中的耐腐蚀性能,利用高分辨透射电镜(HRTEM)和高分辨扫描电镜(HRSEM)研究了合金和合金腐蚀后氧化膜的显微组织。结果表明,合金中只存在β-Nb、Zr Nb Fe型和Zr3Ge 3种第二相;在Zr-1Nb合金中复合添加Ge和Bi可明显提高合金的耐腐蚀性能,其中Zr-1Nb-0.05Ge-0.3Bi合金的耐腐蚀性能相对较好,优于单独添加Ge的Zr-1Nb-0.05Ge合金和单独添加Bi的Zr-1Nb-0.3Bi合金。这进一步说明固溶在α-Zr中的Ge和Bi确实是改善Zr-1Nb-x Ge-yBi合金耐腐蚀性能的主要原因。     

表面纳米化Zr-4合金组织和性能热稳定性研究

采用表面机械研磨法(SMAT)对Zr-4合金进行处理，在其表面制备出纳米结构表层，并在不同温度下对其进行退火。利用偏光显微镜、X射线衍射仪、透射电镜、显微硬度计和电化学测量仪等分析手段，研究了SMAT处理Zr-4合金经不同温度退火后，其纳米表层组织、硬度的热稳定性，以及退火对耐腐蚀性能的影响。结果表明，SMAT处理Zr-4合金经低于350℃退火，其表层纳米晶组织、晶粒尺寸、显微硬度具有一定的热稳定性；Zr-4合金经SMAT处理实现表面纳米化后，其在1 mol/L H2SO4溶液中的耐腐蚀性能降低，进一步对其在低于350 ℃进行退火，其耐腐蚀性能得到改善，且退火后的耐腐蚀性能要优于原始未经SMAT处理的Zr-4合金