微弧氧化对ZIRLO合金耐腐蚀性能的影响

采用磷酸盐、硅酸盐电解液体系对ZIRLO合金进行微弧氧化处理。利用XRD、SEM、TEM等研究陶瓷层的相组成、表面形貌、截面组织。结果表明：在磷酸盐电解液体系、硅酸盐电解液体系中制备的陶瓷层主要由m-ZrO₂组成,磷酸盐电解液体系制备的陶瓷层内表面较硅酸盐电解液体系制备的陶瓷层更致密。在硅酸盐电解液体系中微弧氧化的样品靠近陶瓷层/金属界面基体一侧存在少量β-Zr。采用静态高压釜腐蚀实验研究了ZIRLO合金及D(磷酸盐电解液体系微弧氧化)样品和E(硅酸盐电解液体系微弧氧化)样品在360 ℃/18.6 MPa去离子水中及360 ℃/18.6 MPa 0.01 M LiOH水溶液中的耐腐蚀性能。在360 ℃/18.6 MPa去离子水中腐蚀至250 d时,D和E样品耐腐蚀性能相接近,均优于未经微弧氧化处理的ZIRLO合金样品；在360 ℃/18.6 MPa 0.01 M LiOH水溶液中腐蚀至246 d时,D和E样品的耐腐蚀性能与未经微弧氧化处理的ZIRLO合金样品耐腐蚀性能接近甚至有有害的影响。随着腐蚀时间的延长,微弧氧化对ZIRLO合金耐腐蚀性能提升有限。     

CAP1400燃料组件用新锆合金研究

在Zr-Sn-Nb系合金的基础上添加微量合金元素Ge和Si等,采用真空电弧熔炼,制备了多种新锆合金。使用透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)对合金基体进行显微组织分析,分别通过堆外高压釜腐蚀试验、定氢分析仪和万能材料试验机对合金的腐蚀、吸氢和拉伸性能进行评估。结果表明,常规工艺处理后,SZA-4和SZA-6合金均发生了完全再结晶,第二相细小、均匀弥散分布在晶粒内和晶界上;SZA-4和SZA-6合金在三种水化学条件下均具有优良的耐腐蚀性能,SZA-6合金的耐腐蚀性能优于参考合金,SZA-4合金的耐腐蚀性能略优于SZA-6合金;SZA-6合金的吸氢性能略优于SZA-4合金;两种合金的拉伸性能满足设计要求。基于SZA-4和SZA-6合金优良的耐腐蚀、吸氢和力学性能,未来将有望用于CAP1400自主化燃料组件。     

SZA-4和ZIRLO锆合金在360℃含氧水环境中的腐蚀行为

通过动水循环高压釜回路,考察了国产新锆合金SZA-4(Zr-0.85n-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge)和商用ZIRLO(Zr-1.0Nb-1.0Sn-0.1Fe)合金在含有约2.0 mg/L溶解氧的360℃/20.0 MPa高温高压水中的早期腐蚀行为,用透射电镜分析了两种合金基体和腐蚀30天后氧化膜的显微组织及成分分布。结果表明,SZA-4合金为完全再结晶晶粒和仅发生回复的等轴晶粒组成的"混晶"组织,主要含有富Nb的Zr(Fe,Cr)_2相及少量的Zr_3Fe相,而ZIRLO合金由均匀分布的短板条晶粒组成,主要以β-Nb和Zr(Nb,Fe)_2相为主。SZA-4合金在DO环境中的腐蚀增重明显低于商用ZIRLO合金,且随着时间的延长,增重差异逐渐增加。SZA-4合金的氧化膜厚度(1.0～1.2μm)明显低于ZIRLO合金(1.3～2.0μm),且含有较少的横向裂纹。SZA-4和ZIRLO合金中的第二相可延迟氧化并"镶嵌"至氧化膜外层等轴晶区,说明未充分氧化或溶解。SZA-4中的Cr能够更好地把Fe"束缚"在Zr(Fe,Cr)_2相中发生原位氧化,而ZIRLO合金中的Fe在Zr(Nb,Fe)_2相初始氧化时即扩散至周围氧化膜中,间接增加了Fe在氧化膜中的浓度。固溶原子Fe和Nb的不同可能是造成两种Zr合金早期腐蚀增重差异的主要原因。     

添加Cu和Mn对Zr-4合金耐腐蚀性能的影响

在Zr-4合金中添加Cu和Mn,用非自耗真空电弧炉熔炼了成分不同的7种锆合金,用高压釜在360℃/18.6MPa/0.01 mol/L Li OH水溶液中和400℃/10.3 MPa过热蒸汽中进行长期腐蚀试验,与出厂退火态Zr-4样品和经过重熔加工的Zr-4样品的耐腐蚀性能进行了比较。结果表明:添加0.05%~0.18%的Cu或0.07%~0.35%的Mn,或同时添加0.08%Cu和0.09%Mn都可以明显改善合金在Li OH水溶液中的耐腐蚀性能,在腐蚀增重曲线上没有出现明显的转折,耐腐蚀性能明显优于Zr-4合金;但是添加Cu或Mn后却使合金在400℃过热蒸汽中的耐腐蚀性能变坏,影响的程度随着Cu或Mn含量的增加而增加,并且Mn的有害作用比Cu更明显。讨论了氧化膜生长各向异性特征与添加合金元素之间的关系,解释了添加Cu和Mn合金元素后对Zr-4合金耐腐蚀性能在不同腐蚀条件下产生不同影响的原因。     

退火工艺对Zr-Sn-Nb-Fe-Si合金耐腐蚀性能的影响EI北大核心CSCD

SZA-6(Zr-(0.35~0.65)Sn-(0.35~0.65)Nb-(0.15~0.45)Fe-(0.01~0.02)Si)合金经β相区水淬后经500和580℃保温5~50 h,通过静态高压釜腐蚀实验研究样品在400℃、10.3 MPa过热蒸汽和360℃、18.6 MPa、0.01 mol/L LiOH水溶液中的腐蚀行为。并利用SEM、TEM和EDS研究合金的显微组织,包括第二相的尺寸、分布与种类。结果表明:经500℃退火处理的样品发生部分再结晶,经580℃退火处理的样品发生完全再结晶,退火时间对第二相尺寸的影响也不明显,退火时间对第二相尺寸的影响不明显;合金中的第二相主要是密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)_2、四方的Zr_5Si_4以及正交的Zr_3Fe;SZA-6合金在400℃、10.3 MPa过热蒸汽与360℃、18.6 MPa、0.01 mol/L LiOH水溶液中的耐腐蚀性能均随着退火温度的升高而变差,退火时间对SZA-6合金的耐腐蚀性能影响不大。