钒合金的氢致硬化和氢脆

通过气相渗氢后的室温拉伸试验,测试了多种钒合金材料的拉伸性能,如V-4Ti、V-6W-lTi和V-4Cr-4Ti,以及日本国立核聚变研究所研制的V-4Cr-4Ti合金,研究了钒合金的氢脆行为及其影响因素.实验结果表明钒合金有较强的吸氢能力,合金元素Ti能显著提高合金的吸氢量.在达到氢致脆性断裂前,氢致强化表现为典型的固溶强化,而其强化能力因Ti的存在而显著降低,是含Ti钒合金具有优良抗氢脆性能的主要原因.合金氧含量极大地影响合金的抗氢脆能力.氧含量在200～400 μg/g时,V-4Cr-4Ti合金发生氢脆断裂的临界氢含量约为300 μg/g,而当氧含量超过700 μg/g时,该临界值低于50 μg/g.另一方面,强度较低的V-4Ti合金似乎具有更好的抗氢脆能力.     

电磁爆炸压接焊工艺研究

电磁爆炸压接焊,是一种新型的焊接方法。本文介绍了此种焊接新技术的工作原理、试验装置概况、压接工艺及检测方法等。与此同时,分析讨论了影响电磁爆炸压接焊的各种因素。对电磁爆炸压接焊的优越性和发展前景也作了一定的描述。     

氢离子在含铍合金中的渗透

测量了氢离子束通过 Cu-1.85 wt%Be 薄膜的渗透率,样品的表面成分由在位的俄歇电子谱仪(AES)监测。表面分析表明在本实验条件下,样品表面形成了致密的氧化铍(BeO),深度分布证实其厚度约为4 nm。氧化铍在表面的覆盖来源于真空中残余氧气在样品表面的化学吸附,从而导致了铍的择优氧化。而这种表面偏析可能会对氢渗透起到表面势垒的作用。为此在573 K到873 K 的温度范围内,测量了能量为3 keV,束流强度为5.6×10~(13)H/cm~2·s 的氯离子束通过样品的渗透率。实验结果与纯铜和纯铍的渗透率相比较,并按照氧化铍的表面势垒作用对渗透行为的影响进行了讨论。     

ITER屏蔽块冷却通道热工水力分析与设计改进

屏蔽块是国际热核聚变实验堆(ITER)的重要组成部分之一,其结构设计尤其是内部冷却剂通道设计将直接影响屏蔽块的冷却效果及模型的安全性。运用计算流体力学(CFD)软件对屏蔽块模型进行热工水力计算,根据计算结果提出改进建议,并对改进后的模型重新进行数值分析。结果表明:屏蔽块的进出口段压降减小,冷却剂流动总压降减小;主要冷却支管的流量分配和流速分布更加均匀;屏蔽块表面局部最高温度大大降低,可避免由于冷却不均造成模块热应力过大。     

钒合金的高温氧化特性和氢致脆性研究

选用几种V－Cr-Ti-Al-Si合金，采用气相渗氢法改变合金中的氢含量，利用拉伸试验和扫描电镜（SEM）分析了合金的力学性能和断裂特征，探讨了氢的影响。研究结果表明：钒合金的高温氧化符合幂指数增重规律，氧化速率与气氛中的氧含量成正比；大多数钒合金对氢脆敏感，相对而言，V4Ti合金表现出较强的抗氢脆能力，在113μg/g氢时，其拉伸延伸率大约为10％。     

温度对铜膜中间层W/CuCrZr热等静压焊接质量的影响

采用磁控溅射沉积40μm铜膜作为中间层,分别在950、980和1050℃下通过热等静压(HIP)焊接技术制备了国际热核聚变实验堆(ITER)计划W/CuCrZr偏滤器部件焊接模块,以考察温度对磁控溅射沉积40μm铜膜作为中间层W/CuCrZr偏滤器部件焊接质量的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)和EDS能谱分析焊接界面的形貌和成分,利用超声波无损探伤(NDT)仪对焊接界面缺陷进行了检测,利用力学拉伸试验机考察了焊接界面的结合强度和CuCrZr合金的力学性能。结果表明:磁控溅射法沉积40μm铜膜作为中间层,可以有效地提高HIP焊接界面质量。特别是在980℃时,所制备的焊接模块能够满足ITER计划对于偏滤器部件连接性能的要求。     

表面处理对PEEK GF30磁控溅射镀Cu金属化的影响

目的 赋予基材PEEK GF30良好的导电性。方法 以磁控溅射镀膜技术在表面沉积Cu膜。分别采用离子注入和等离子体活化两种技术对基材进行界面处理，通过接触角测试、红外光谱测试和界面微观形貌观察，与原始基材展开表面状态对比。再在此基础上进行金属化处理，并对3种不同界面状态下所制膜层的相结构、表面及断口形貌和成分、膜基结合强度进行判定和分析，探讨界面状态的影响因素以及对膜基结合性能的作用机理。结果 注入金属Ti后，表面Ti含量得到了有效提高，但表面润湿性能无明显改变，活化处理后表面极性基团增加、润湿性能大幅提升，为镀膜提供了良好的界面状态。在原始状态、注入和活化后3种不同界面状态下制备的Cu膜均沿Cu(225)择优生长，活化后所制膜层的结晶度最优。原始状态下所制膜层平整性欠佳、膜基交界处异种材料差异明显，涂层附着力保持为5级，结合力<0.1 N;注入后所制膜层平整致密，交界处有Ti微粒产生“锚扎”强化效果，涂层附着力保持为1级，结合力<0.1 N;活化后所制膜层规则均匀，交界处出现缓冲层，金属微粒“锚扎”强化深度和强度效果最佳，涂层附着力保持为0级，结合力提升至15.45 N。结论 金属注入能够改善膜基结合强度，但改善效果受限于注入层深度的影响。等离子体活化处理能够提高表面活性，改善基材表面环境，可有效提高膜基结合强度。     

聚变应用钒合金抗氢脆性能的合金化设计

利用渗氢后的拉伸实验，研究了氢对几种钒合金拉伸性能的影响及其氢脆断裂特性，结果表明，合金元素含量均严重影响钒合金的抗氢脆能力，低氧含量V4Cr4Ti合金发生氢脆断裂的临界氢含量大于200μg/g,而当氧含量达到700－1100μg/g时，对所有合金，该临界值低于90μg/g，合金中的置换式合金元素Ti,Si等总是加大钒晶体的四面体间隙，使氢原子易于偏聚到置换原子周围，增大形成气团的可能性，加重了合金的氢致硬化程度，为改善钒合金的抗氢脆性能，应选用原子尺寸与V接近的合金元素，如W和Re等。     

钒合金的沉淀析出行为和时效强化

采用真空退火和真空时效处理，研究了V-4Cr-4Ti合金的沉淀析出特性和时效强化效果。作为对比，同时研究了V-6W-1Ti或V-6W-4Ti合金的行为特征，以分析合金元素的作用。结果表明，在1h等时退火过程中，V-4Cr-4Ti的峰值沉淀强化温度出现在700℃，而其他两种合金出现在600℃。在600℃下时效1-393h，V-4Cr-4Ti表现出了更强的时效强化特性。两类合金的行为差异说明合金元素Cr在其中起了很大的作用，尽管微观分析显示析出物为Ti（CON）。经测试，V-4Cr-4Ti合金的延性并未因时效强化而发生显著变化，而拉伸试样的吸收功反而因时效强化而提高，表明合金的韧性得到了改善。     

ITER重力支撑的制造设计、认证测试及关键技术研究

重力支撑（GS）作为国际热核聚变实验堆（ITER）磁体支撑系统的关键部件,不但要承受环向场超导磁体净重以及交变的电磁载荷,同时还需隔离来自杜瓦环的热量以维持环向场超导线圈的热稳定性。本文通过有限元分析和工程测试验证了GS结构设计的可靠性;通过换热分析和真空热交换效率测试验证了热锚连接结构的可靠性;通过全尺寸螺栓77 K疲劳测试验证了螺栓原型件的疲劳性能。在随后的制造过程中,使用液压拉伸器和研制的高精度螺栓伸长量测量装置对所有的螺栓进行了均匀、精确地紧固。真空正压氦检漏的测试结果证明了GS的泄漏率远低于ITER的要求。基于以上工程测试的结果,本文设计的GS的结构是可行的且能运用于ITER装置中。