锆合金表面改性研究进展

综述了目前锆合金表面改性方面研究的进展状况。主要对表面预膜、离子注入和激光表面处理等3种方法进行总结。其中表面预膜主要简介了高压釜预膜、表面镀膜和阳极氧化等3种方法的研究现状：离子注入方面介绍了Y，La，Nb等离子注入对锆合金的改性效果及其原理；激光表面处理方面介绍了激光表面熔覆和激光表面合金化2种方法在锆合金表面改性方面的研究进展。     

钇和铈离子注入纯锆的腐蚀行为研究

为了研究铈,钇离子注入对纯锆耐蚀性的影响,纯锆样品用MEVVA源以40 kV注入1×1016 ions/cm2至1×1017 ions/cm2剂量的钇和铈,注入最高温度约为150℃.用X光电子谱仪(XPS)分析注入表层元素的价态;在1 mol/L硫酸溶液中3次极化测量来研究注入样品的耐蚀性.对于钇离子注入,当注入剂量大于5×1016 ions/cm2时,注入样品的耐蚀性显著提高.用掠角X射线衍射(GAXRD)研究氧化膜中由于铈离子注入发生的相转移.三次极化测量表明注铈样品与空白样品相比,耐蚀性下降许多.最后分别对注入钇和铈样品的腐蚀行为机理进行了探讨.     

Zr-4合金表面铌合金化处理的组织与性能

通过对Zr-4合金进行激光表面铌合金化、电子束表面铌合金化和铌离子注入,分析了表面铌合金化后锆合金表层的显微组织,并测定了表面合金化后锆合金在酸性溶液中的极化曲线.结果表明,3种合金化方法可不同程度地提高Zr-4合金在酸性溶液中的耐腐蚀性能,铌离子注入的效果最为显著.     

锆合金表面改性工艺的研究进展

以锆合金的表面改性技术为主线,简述了目前改性方法的种类及研究现状,重点介绍了物理气相沉积、激光表面处理、阳极氧化、微弧氧化及离子注入等常用表面改性制备技术的原理、研究进展及优缺点。探讨了锆合金表面改性过程中需要解决的理论问题和需要攻克的技术瓶颈。最后,结合相关研究进展,对锆合金表面改性今后的研究工作和工程应用前景进行了展望。     

钇离子注入对Zr-4合金水腐蚀抗力的影响

锆合金由于具有良好的核性能以及耐蚀性能,因而用于核工业。随着核反应堆向高燃耗的发展,对锆合金的耐蚀性能要求越来越高。提高耐蚀性能的方法之一是离子注入,离子注入能显著地提高材料的腐蚀抗力,但不影响材料的物理和机械性能的稳定性。 我国某大学学者采用钇离子注入来提高Ｚｒ－４合金水腐蚀抗力,通过测量不同深度的电动势极化曲线,研究钇离子浓度对Ｚｒ－４合金腐蚀性能的影响。试样采用再结晶退火的Ｚｒ－４合金板材,尺寸为１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．５ｍｍ,成分为Ｓｎ：１．４ｗｔ％,Ｆｅ：０．２３ｗｔ％,Ｃｒ：０．１ｗ…     

博野县成为我国第四大钛加工基地

本文研究了铌离子注入对锆-4合金在400℃和500℃、10．3MPa高压釜中蒸汽腐蚀行为的影响。试验结果表明：铌离子注入能够改善锆-4合金抗400℃和500℃高压蒸汽腐蚀性能，并且，比较而言对500℃蒸汽腐蚀性能提高的程度更为显著。为了理解铌离子注入影响的机理，应用SEM、XRD、XPS等分析手段分析了氧化膜的形貌、相结构、注入元素的价态及组成。     

钇离子注入AZ31镁合金的氧化行为

研究了AZ31镁合金在钇离子剂量为5×10^16，1×10^17及5×10^17ions／cm^2注入条件下的氧化性能。纯氧气氛、500℃下的氧化实验结果表明，钇离子注入能提高AZ31镁合金的抗氧化性能，而且随着注入剂量的增大，合金表面抗氧化性能提高越大。俄歇电子能谱（AES）和X光电子能谱（XPS）分析表明：钇离子注入以后，在镁合金表面形成了具有双层结构的氧化层，外层主要由MgO组成，而内层主要由Y2O3，MgO构成。这一新形成的氧化层有利于提高AZ31镁合金的抗氧化性能。     

钼离子注入对纯锆耐蚀性的影响

使用MEVVA源对纯锆表面注入1×1016 ions/cm2至5×1017 ions/cm2剂量的钼离子,研究离子注入后其在水溶液中耐蚀性;注入时的最高温度为160℃,加速电压为40 kV。用X光电子谱(XPS)分析表面元素价态;3次极化扫描评价注入样品在0.5 mol/L硫酸水溶液中的耐蚀性,并对3次极化后的样品进行扫描电镜(SEM)观察。实验表明:随着钼离子注入剂量的增大,注入样品的耐蚀性反而下降。剂量越大,耐蚀性下降越多。注入样品的自然腐蚀电位与未注入纯锆相比发生了正移,总的趋势是随着剂量的加大,自然腐蚀电位越正。最后讨论了钼离子注入纯锆后耐蚀性下降的原因。     

镁—钇—锌—锆系铸造合金热强性能的研究

镁-钍系合金以适于300℃高温下长期使用的抗蠕变合金著称。但钍具有放射性,故该合金并不令人满意。 近年来,曾有钇对镁合金热强性能具有良好作用的报导。笔者在分析有关文献,探索镁-钇-锆、镁-钇-锌-锆和镁-钇-钕-锌-锆等系的热强性能后,确定对镁-钇-锌-锆系合金在300℃下的性能进行详细研究。本文主要目的是讨论钇和锌在一较宽范围内,其含量变化对合金性能及其组织结构之间的相互关系。     

碳离子注入纯锆后在1 mol/L硫酸溶液中的腐蚀行为

为了研究碳离子注入对纯锆耐蚀性的影响,用MEVVA源对纯锆样品进行了1×1016ions/cm2至1×1017ions/cm2的碳离子注入,注入加速电压为40 kV.用X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子谱(AES)分析了注入样品表层元素的价态和深度分布.透射电镜(TEM)用来观察碳离子注入样品的微观结构;碳离子注入样品后相结构的变化用掠角X射线衍射(GAXRD)来检测.纯锆注入样品随后浸入1 mol/L的硫酸溶液中,测其极化曲线以评价其耐蚀性.发现碳离子注入极大地提高了纯锆基体的耐蚀行为,剂量越高,耐蚀性越好.最后,对碳离子注入导致纯锆基体腐蚀行为发生改变的机理进行了讨论.     

Surface analysis and corrosion behavior of zirconium samples implanted with yttrium and lanthanum

Zirconium specimens were implanted with yttrium and lanthanum ions with a fluence ranging from 1×10¹⁶ to 1×10¹⁷ ions/cm² at approx. 130 °C, using a metal vapor vacuum arc source at an extraction voltage of 40 kV. The surfaces of the implanted samples were then analysed. The valence states of elements in implanted surface layer were analysed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), which showed that yttrium existed in the form of Y₂O₃, and lanthanum existed in the form of La₂O₃. Depth distributions of elements in the implanted surface of samples were obtained by Auger electron spectroscopy (AES), which showed that the oxide film of zirconium substrate became thicker with increasing implantation fluence, the thicknesses of the oxide films reached the maximum approximately to the fluence of 1×10¹⁷ ions/cm². Rutherford back-scattering indicates that a profile of La appears in Zr around the depth of 30 nm, which also indicates that a serious sputtering occurred during the (La+Y) 1×10¹⁷ ions/cm² implantation. The potentiodynamic polarization technique was employed to evaluate the aqueous corrosion resistance of the implanted-zirconium samples in 0.6 M H₂SO₄. It was found that a significant improvement was achieved in the aqueous corrosion resistance of zirconium compared with that of as-received zirconium when the fluence is smaller than 5×10¹⁶ (Y+La)/cm². The mechanism of the corrosion behavior of the implanted-zirconium samples was discussed.     

核电锆管的表面改性技术

锆合金已被广泛用于核反应堆的堆芯结构材料,但其耐腐蚀性能和耐磨性能制约着使用寿命,采用合适的表面处理技术可以改善其表面完整性.通过对近几年核用锆合金表面处理的研究进行归纳总结,简单介绍了锆合金的研发进展,并着重对能提高锆合金耐腐蚀性能和耐磨性能的表面处理技术进行了综述,如喷丸处理、超声冲击强化、冷轧、渗氮和渗铝等.总结了各种表面处理技术对锆合金的微观结构和性能的影响,并介绍了结构和性能之间的联系.最后对锆合金表面处理技术进行了讨论和展望.     

EFFECT OF CERIUM ION IMPLANTATION ON THE AQUEOUS CORROSION BEHAVIOR OF ZIRCONIUM

1.IntroductionBecause of the low thermal neutron capture cross section, adequate mechanical properties and good corrosion resistance, zirconium and its alloys are often specified for engineering in the nuclear industry. For example, it can serve as fuel cladding and core structure material. However, with the concept of high burn-up developing, enhancement of performance of zirconium and its alloys increasingly required. It is well known that ion beam surface processing (IBP) techniques can s…     

AZ31B镁合金氧化石墨烯掺杂钇盐转化膜耐蚀性研究

目的研究一种绿色环保的表面处理方法,以提高镁合金的耐蚀性。方法采用化学浸泡法,以硝酸钇为成膜物质,在AZ31B镁合金表面成功制备一种新型稀土盐转化膜,并以氧化石墨烯为阻隔剂对该转化膜进行复合掺杂。采用扫描电镜(SEM)对膜层的表面形貌进行观察,采用析氢实验和电化学测试对不同试样在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性进行了研究。结果镁合金钇盐转化膜表面平整均一,覆盖良好。氧化石墨烯掺杂后的钇盐膜层表面出现了大小不均一的瘤状物质,膜层完整,未出现裂痕。析氢实验结果显示,经过处理的转化膜试样可以极大地抑制腐蚀反应的发生。由极化曲线可知,钇盐转化膜的存在使镁合金的腐蚀电位发生了明显正移,正移了150 m V;而氧化石墨烯掺杂的钇盐膜层的腐蚀电位相对于掺杂前变化不大,但其腐蚀电流密度是掺杂前的1/28。电化学交流阻抗谱的测试结果显示,氧化石墨烯掺杂钇盐转化膜的电荷转移电阻最大,Rct为2485?·cm2;钇盐转化膜的电荷转移电阻次之,Rct为1224?·cm2。两者的电荷转移电阻相对于未经处理的镁合金都有明显提升。结论钇盐转化膜可以明显提高AZ31B镁合金的耐蚀性,氧化石墨烯的加入可以进一步提高转化膜层的耐蚀性。     

P2缓蚀剂处理铝合金的耐腐蚀性能研究

目的：通过加入一种合成缓蚀剂提高锆化液防锈性能。方法将P2缓蚀剂磷酸三乙醇胺加入到锆化液中处理铝合金,使其表面形成一层新型锆化膜。用扫描电镜(SEM)分析处理后样品放大20000倍的表面,并与原液处理的样品进行对比,通过能谱(EDS)及XRD分析微团成分,辅助使用硫酸铜点滴试验判断耐腐蚀能力的增强程度,并用百格试验测试处理后表面对漆膜的附着力变化,通过酸性盐雾试验(CASS)分析新型锆化膜处理后的附着力变化程度。结果使用加入P2缓蚀剂的锆化液的辅助硫酸铜点滴实验,较原样颜色变化所用的时间提高了48 s,用加入缓蚀剂的锆化液处理的样品中,氧元素较原样品中氧元素减少了一半,判断微团为氧化微团且在加入缓蚀剂的锆化液处理后大量减少,百格实验效果相当,能通过480 h的CASS。结论使用添加P2缓蚀剂的锆化液处理铝合金,能增强其耐腐蚀性能。     

Anti-tarnish property of sterling silver alloy with yttrium addition

It has been demonstrated that sterling silver alloy is a widely used material in the jewelry industry.The anti-tarnish property is one of the most important properties of this material.In this work,the effect of yttrium on the corrosion resistance,and tarnish resistance properties ofsterling silver alloy were investigated with the use of CIE-LAB uniform color scale,which gained acceptance as an effeetive way to assess color.To better understand the mechanism of the effect,the distribution of yttrium in the alloy was analyzed by mainly segregating in gaps among dendrite crystals and grain boundary.An increase in yttrium content in sterling silver alloy resulted in a decrease in the amount of eutectic structure.The tarnish and corrosion resistance of sterling silver were improved with yttrium content increase.However,too high yttrium conteut will lead to poor anti-tarnish properties.     

锆合金在HCl和H2SO4溶液中的耐蚀性能研究

采用化学浸泡、电化学测试和物理检测技术,研究了HCl和H2SO4溶液中锆合金的腐蚀行为.结果表明,锆合金在还原性的HCl和低浓度H2SO4溶液中,具有优异的耐蚀性,而在高浓度的氧化性H2SO4溶液中腐蚀速率显著增大.物理检测结果显示,腐蚀的锆合金表面均匀地覆盖着弥散分布的微小颗粒状ZrO2.还原性的HCl和低浓度H2SO4溶液中ZrO2膜保持了原有的致密性,增强了锆合金的耐蚀性能.而高浓度H2SO4溶液中,在其强氧化作用下,锆合金基体/膜界面处不断生成ZrO2.当膜增加到一定厚度时,氧化膜的晶格参数与金属的晶格参数不一致,产生内应力,降低了氧化膜的附着力,直至氧化膜破裂,露出新鲜的锆合金表面.继之,新鲜的锆合金再次被氧化,以此循环往复,导致锆合金在浓H2SO4溶液中腐蚀加剧.     

Untersuchungen über das Korrosionsverhalten von Zirkoniumlegierungen. III. Untersuchungen an Zirkonium-Titan-Legierungen

Investigations into the corrosion behaviour of zirconium alloys III. Investigations on zirconium titanium alloys Investigations on zirconium alloys containing up to 4OO% titanium and, eventually, up to 10% Nb or Mo and small amounts of Fe, Ni and Cr (together 1.5% maximum) have revealed that titanium increases the dissolution power of zirconium for other alloying elements without tending to form two-phase structures. As to corrosion behaviour the better alloys are somewhat superior to other alloys. While titanium impairs the corrosion resistance of pure zirconium with respect to boiling mineral acids (20% HCl, sulphuric or nitric acids) titanium additions up to 10% of improve the corrosion behaviour of ZrNb and ZrMo alloys; alloys of the type Zr10Nb10Ti or Zr10Ti10Ta are comparable, with respect to the corrosion resistance, to pure zirconium. The scaling resistance of zirconium passes through a minimum at a five to ten percent Ti and arrives at its maximum value with 40% Ti. Further improvements may be obtained by addition of 10% Nb.