Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-xNb合金在He+辐照下的显微组织演变及其对腐蚀行为的影响

本工作采用2 MeV He⁺在300℃下对Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-x Nb(x=0,1.0,mass fraction,%)合金进行辐照,然后在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中进行高压釜腐蚀实验,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究辐照对合金显微组织及腐蚀行为的影响。结果表明,添加Nb改变了Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr合金中第二相的数量、尺寸和晶体结构。He⁺辐照1 dpa后,合金的辐照损伤峰区域分布有大量的He泡和型位错环,添加Nb对He泡和位错环的数量及第二相的元素扩散等均产生了一定的影响。腐蚀结果表明,He⁺辐照或添加1.0%的Nb均可促进Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr合金的腐蚀,但当二者同时存在时,辐照能减弱Nb促进腐蚀的作用。     

Sn含量对Zr-Sn-0.2Fe-0.1Cr合金高温蒸气氧化行为的影响

锆合金的高温蒸气氧化行为是失水事故下需要重点关注的问题之一。为了研究Sn对锆合金高温蒸气氧化行为的影响,开展了不同Sn含量的SH12(Zr-0.75Sn-0.2Fe-0.1Cr,质量分数,%)和Zr-4(Zr-1.5Sn-0.2Fe-0.1Cr)合金在模拟失水事故工况下1000、1050、1100和1200℃的高温蒸气氧化试验。采用光学显微镜、电子探针、显微硬度计分析了氧化样品的显微组织以及氧化前后样品的显微硬度。结果表明：低Sn的SH12比高Sn的Zr-4合金的抗高温蒸气氧化性能更好,这说明降低Sn含量可以改善锆合金的抗高温蒸气氧化性能。氧化前,SH12合金的显微硬度低于Zr-4合金,而氧化后SH12合金基体的显微硬度明显高于Zr-4合金,与氧化后SH12合金基体中的氧含量高于Zr-4合金的结果相吻合,这说明Sn有抑制氧在Zr基体中扩散的作用。通过第一性原理计算,发现Sn容易与O结合,从而抑制了O在锆基体中的扩散,这合理解释了氧化后SH12合金中的氧含量比Zr-4合金高的原因。     

压水堆燃料包壳锆合金中第二相腐蚀行为研究进展

锆合金是目前唯一大规模商用的压水堆燃料包壳材料,其耐水侧腐蚀性能是影响核反应堆安全性与经济性的重要因素。微量合金元素(Fe、Nb等)主要以第二相的形式弥散分布在锆合金基体中,但可对锆合金的腐蚀行为产生显著影响。本文比较了不同锆合金中第二相的差异,综述了锆合金中典型第二相的腐蚀行为及其影响因素。分别比较了二元及三元第二相中主要合金元素Fe和Nb的腐蚀过程,总结了不同水化学条件下第二相腐蚀产物的差异及其对锆合金基体腐蚀行为的影响,并指出当前针对第二相腐蚀行为研究中存在的不足。最后,对锆合金第二相腐蚀行为研究趋势进行了展望,先进微观表征手段可进一步完善含Fe、Nb元素第二相的腐蚀机理研究,将为提高我国新型锆合金包壳材料的耐腐蚀性能提供理论参考。     

MAX相Ti3SiC2管材在高温高压水和过热蒸汽中的腐蚀行为

MAX相材料有作为事故容错燃料(accident tolerant fuel,ATF)包壳材料的潜力,为了全面了解MAX相材料在模拟正常工况下的腐蚀行为,使用基体为Ti₃SiC₂的MAX相陶瓷管材于400℃/10.3 MPa过热蒸气,360℃/18.6 MPa去离子水、3.5μL/L Li+1000μL/L B溶液和70μL/L Li溶液4种不同的水化学条件中进行腐蚀试验,采用XRD、SEM和FIB/TEM观察分析腐蚀前后样品的显微组织、晶体结构和成分。结果表明,Ti₃SiC₂管材在4种条件下的腐蚀速率均远高于参比Zr-4合金,腐蚀后主要检测到腐蚀产物TiO₂,且其表面疏松多孔,未形成保护性的氧化膜。     

Cr对Zr-0.3Cu合金在360 ℃/18.6 MPa/0.01 M LiOH水溶液中腐蚀行为的影响

通过制备Zr-0.3Cu-xCr(x=0.2,0.5,1.0,%,质量分数,下同)合金,并在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中进行高压釜腐蚀实验,研究了Cr对Zr-0.3Cu合金腐蚀行为的影响。结果表明,随Cr含量增加,Zr-0.3Cu-xCr中的ZrCr₂第二相数量增多,而Zr₂Cu第二相数量无明显变化。在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中,Zr-0.3Cu-0.2Cr合金的耐腐蚀性能较好,可能与氧化膜/基体界面较厚的ZrO过渡层和基体内较少的第二相有关。然而,当Cr含量超过0.5%时,由于合金中第二相数量增多,氧化时产生的缺陷较多,Zr-0.3Cu-xCr合金腐蚀加剧。     

Sn对锆合金在280℃LiOH水溶液中初期腐蚀行为的影响

为了研究Sn对锆合金初期腐蚀行为的影响,将Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr和Zr-1.5Sn-0.35Fe-0.15Cr (质量分数,%) 2种锆合金大晶粒TEM薄样品放入280℃、6.3 MPa、0.01 mol/L LiOH水溶液中短时腐蚀。为了保证在相同的厚度和晶粒取向下观察分析晶体结构演化过程,先采用聚焦离子束(FIB)切出横截面薄区样品,再采用TEM观察腐蚀样品表面和横截面的显微组织,利用离孔周围不同距离处样品厚度差别造成的氧含量差别,研究了Sn对锆合金初期氧化行为、早期氧化膜的形核与长大过程的影响。结果表明,从开始氧化至ZrO_2形成前,α-Zr的晶格点阵会随着样品中氧含量增加而不断演变;在取向为[0001]的晶粒上氧化层的演化过程经历了亚氧化物层、晶格畸变层和m-ZrO_2层等过程。与Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr合金相比,Zr-1.5Sn-0.35Fe-0.15Cr合金氧化膜横截面薄区中氧化层更厚,晶格条纹畸变层占比更低而m-ZrO_2层占比更高,这说明提高Sn含量会促进锆合金的初期腐蚀过程。     

真空热处理提高烧结钕铁硼镀Cu层结合力的研究

目的 提高烧结钕铁硼表面镀Cu膜层结合力,改善可焊性,进一步制备生物友好的强耐蚀性防护薄膜。方法 采用磁控溅射技术在钕铁硼表面制备约7 μm厚的Cu膜,研究热处理温度和时间对Cu/NdFeB界面组织、膜基结合力和样品磁性能的影响,选取最优化热处理样品电镀约2 μm厚的Sn膜,再于280 ℃在其表面焊接Au片,评估其可焊性。结果 500 ℃热处理样品的Cu膜与基体间发生了明显扩散,扩散深度及结合力随时间延长而增加。热处理2 h样品的膜基结合力由处理前的11.0 MPa提高至31.5 MPa,膜基分离位置发生在磁体亚表面层,矫顽力、剩磁和最大磁能积等磁性能无显著下降。进一步镀Sn后,在其表面焊接的Au层与Cu膜层基体冶金结合良好,耐腐蚀性能优异。700 ℃热处理样品的Cu膜与基体间扩散过快,易造成Cu膜消失及钕铁硼基体表面损伤。结论 真空热处理温度和时间对Cu/钕铁硼界面组织有根本性影响,通过适宜的热处理可大幅提高磁控溅射的Cu膜与烧结钕铁硼之间的膜基结合力,同时不明显降低磁性能,可采用焊接方法在热处理后的Cu膜表面制备结合力高、长效耐蚀且生物友好的防护薄膜。     

Zr-xNb-0.15Fe-0.05Cu-0.05Ge合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能

利用高压釜腐蚀试验研究了Zr-x Nb-0. 15Fe-0. 05Cu-0. 05Ge(x=0. 7,1,1. 3,1. 6,质量分数,%)合金在400℃/10. 3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能。使用SEM和TEM分别观察了合金和氧化膜的显微组织。结果表明:随着Nb的质量分数从0. 7%增加至1. 6%,试验合金的耐腐蚀性能逐渐下降。合金中的第二相为体心立方结构的β-Nb(bcc-β-Nb)相与含有Cu和Ge的密排六方结构的Zr(Nb,Fe)_2(hcp-Zr(Nb,Fe)_2)相,随着Nb含量的增加,主要第二相由Zr(Nb,Fe)_2相逐渐转变为β-Nb相,且呈条带状。Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb第二相相对含量的变化对合金的耐腐蚀性能有较大影响。具有较大P. B.比、且呈条带状分布的β-Nb相促进了氧化膜中微裂纹的扩展,而且大量的β-Nb相氧化所产生的体积膨胀会影响氧化膜柱状晶的生长,增加了氧化膜中的内应力,促进孔隙和微裂纹形成,从而降低了合金的耐腐蚀性能。     

夹杂物对316L不锈钢初期点蚀影响的数值模拟

稀土元素的添加通常能改善不锈钢的耐腐蚀性能。为了研究稀土元素铈对316L不锈钢耐腐蚀性能的影响,基于扫描电镜(SEM)、动电位极化(PDP)试验,采用有限元方法研究了含不同分布形态夹杂物的316L不锈钢在质量分数为0.9%的NaCl溶液中的早期腐蚀行为。结果表明:添加铈后,316L不锈钢中夹杂物的形态由长条状转变为圆形。有限元模拟发现:当腐蚀初期不锈钢暴露在溶液中的阳极面积相等时,含长条状夹杂物的不锈钢相较于含圆形夹杂物的不锈钢的纵向点蚀速度更快,点蚀坑的尺寸更大,点蚀孔窄且深,更利于点蚀的发展。当不锈钢中夹杂物面积为定值时,夹杂物的近邻分布会加快纵向点蚀速度,增加点蚀坑的数量和尺寸,点蚀孔窄且深;夹杂物远邻分布时,点蚀孔宽且浅。