氘在钨铜复合材料中的渗透和滞留行为研究

对钨铜复合材料中的氢同位素渗透和滞留行为进行了研究,通过采用气体驱动渗透和热脱附谱测试获得了氘在钨及钨铜复合材料中的渗透率、扩散系数、溶解度及相关活化能数据,并对氘在钨铜复合材料中的渗透和滞留性能进行了分析。结果表明:1)氘在钨铜复合材料中的渗透率比在纯钨中大2～3个数量级;2)在钨铜复合材料中的扩散系数比在纯钨中大5～6个数量级;3)随着复合材料中铜的含量增加,氘的渗透率与扩散系数均呈现增大趋势;4)钨铜复合材料之间的相界面具有氘快扩散通道作用。氘在钨铜复合材料中的溶解度比起纯钨小很多,溶解激活能也更大,说明铜对氘在钨中的固溶可能具有减弱的作用,这与氘在钨铜复合材料中快速扩散的结论一致。在气相热充实验中,因为快速降温使钨铜复合材料中捕获的氘来不及释放,所以钨铜复合材料中氘的表观滞留量比纯钨高约1个数量级。     

钾掺杂钨合金中气相热充氘的热脱附行为

钾(K)掺杂钨(W)合金已经表现了优异的高温力学性能,成为最有希望的PFMs 备选材料之一.为评估氢同位素在W-K合金中的滞留情况,采用放电等离子烧结技术(SPS),制备了纯W及K含量82 μg/g 的W-K 合金,通过气相热充法引入氘(D)元素,考察热脱附行为.研究表明,气相热充氘释放温区从600 K 延伸至1200...     

钨中氘热脱附特性的定量研究

金属钨(W)是未来聚变堆反应环境中面向等离子体的主要候选材料之一,开展W中氢同位素输运和滞留行为的定量研究,对评估钨的服役性能及聚变堆燃料的物料平衡至关重要。本工作采用热脱附谱方法定量研究了多晶W经能量为100 eV/D、注量为3.8×10²⁴ D/m²的D⁺辐照作用后,在不同升温速率下氘的热脱附特性。研究发现,氘的热脱附量在不同升温速率下均为10²² D₂/m²量级,随着升温速率的增大,氘的热脱附峰峰位向高温方向移动。多晶W中氘的热脱附行为符合一级反应特征,钨中空位是氘在钨中的主要俘获态,D原子的热脱附能为1.04 eV。     

钨粉中驻留氘去除技术研究

氢同位素在钨基材料中的滞留及有效去除,对于材料在聚变堆工况下的损伤评估和氢同位素燃料的投放有着重要的意义。为消除块体钨的几何尺寸因素在氢同位素滞留与有效去除研究中的影响,本工作使用钨粉进行了氢同位素滞留与有效去除的研究,采用热解吸法与同位素置换法两种方式对气相热充进入钨粉的氘进行去除,获得了两种方式去除后钨粉中氘的残留量、脱附特征峰、固溶度等结果。结果表明,两种去除方式对于钨粉中驻留的表面吸附、低能陷阱捕获和高能陷阱捕获的氘都有明显的去除效果;两种去除方式达到平衡的时间与条件不同;同位素置换法相较热解吸法去除效果更好,但操作难度更大,综合考虑,热解吸法具有较大优势。     

化学气相沉积钨中氘热脱附特性的定量分析

利用不同升温速率的热脱附谱法(TDS)研究了化学气相沉积钨(CVD-W)经70 eV/D、1.3×10~(25) D/m~2的氘离子辐照后,样品中氘的热脱附特性。结果表明:在该实验条件下,CVD-W中氘滞留总量在10~(19) D/m~2量级;氘的脱附温度区间为400～800 K;脱附总量与升温速率呈负相关,且脱附温度区间会随着升温速率提高而向高温区漂移;CVD-W中氘的主要俘获位为位错或晶界,氘的脱附活化能为0.88 eV,缺陷激活能为0.81 eV。     

氮等离子体预辐照对钨中氘滞留的影响

利用直线等离子体模拟装置开展氮和氘等离子体注入钨的实验,采用微分干涉差显微镜(DIC)、场发射扫描电子显微镜(SEM)结合聚焦离子束(FIB)以及X射线光电子能谱仪,分别研究氮和氘等离子体辐照前后钨表面成分、形貌和微观组织结构的变化,采用超高真空热脱附系统对氮等离子体预先辐照后钨中氘的捕获状态和滞留总量进行分析。结果表明:经氮辐照后,钨样品表面形成了氮化钨相,进一步注入氘等离子体后其表面起泡增多,氘在钨中的滞留总量升高。这是由于氮化钨相的形成阻碍了氘原子沿表面方向扩散逃逸,使氘原子在钨的亚表面过饱和聚集,导致钨中氘致起泡现象更加明显。     

钛中氢同位素的热脱附谱定量分析研究

通过优化钛的吸氢工艺,成功制备了不同氢氘含量的氢/氘化钛样品;结合XRD分析,给出了钛吸氢前后的晶体结构变化。利用热脱附谱(TDS)技术,通过标准漏孔标定质谱仪的离子流信号强度,实现了钛中氢同位素脱附量的定量测定;TDS法测量结果与压力-体积法测量值之间的绝对误差小于6%。研究结果可为氢能、核能及核技术领域材料中氢同位素含量的准确测量提供有益参考。     

钨合金-HR2钢连接界面特性

采用镍作为中间过渡层,通过热等静压(HIP)方法实现了W-Fe-Ni合金与HR2钢的扩散连接.采用拉伸试验测试了连接件的力学性能,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析了连接试样界面的显微形貌及元素扩散行为.结果表明,在1200~1300℃,130 MPa,保温保压1 h的条件下,可以实现W-Fe-Ni合金与HR2钢的有效连接.拉伸试验中,当载荷达到650 MPa时,基体材料发生断裂,连接界面仍保持完好.结果表明,W-Fe-Ni合金与HR2钢结合紧密,连接界面无裂纹存在.母材与过渡层之间发生了充分的互扩散,W,Co,Cr,Mn等元素都扩散到对方母材基体中,镍表现出更易于向W-Fe-Ni合金一侧扩散的特性.连接界面实现了良好的冶金结合.     

氦离子预注入对钨中氘滞留行为的影响

利用高能离子注入机和直线等离子体模拟装置,本文研究了高能氦离子预注入对氘等离子体辐照后钨中氘滞留行为的影响。采用FIB-SEM、TEM、GD-OES和TDS等分析方法,分析了氦离子预注入对钨中氘滞留行为的影响。结果表明：氦离子预注入在辐照损伤区域形成大量氦泡,钨经过氘等离子体辐照后,表面的氘泡数量明显低于未经过氦离子预注入的样品。GD-OES分析中可以看到在氦捕获位处氘滞留浓度明显升高,同时氦离子预注入增加了氘在钨中的扩散深度,结合TDS分析可知氦离子预注入增加了氘在钨中的滞留总量,这是由于氦离子预注入后,形成的缺陷又为钨中氘的俘获提供大量新的位点,从而导致钨中的氘滞留量明显提高。     

TC4与93W合金热等静压扩散连接技术研究

以KOVAR合金作为中间过渡层材料,应用扩散连接技术,在热等静压机内对W-Fe-Ni合金与Ti-6Al-4V合金进行扩散连接。采用SEM对连接界面的元素分布进行了分析,并测试了连接件的抗拉强度。结果表明,采用140 MPa,980℃,30 min热等静压工艺、KOVAR合金为过渡层材料,可实现W-Fe-Ni合金与Ti-6Al-4V合金冶金结合,抗拉强度为190 MPa。     

ZrCo合金储放氢同位素研究

研究了ZrCo合金吸收、释放和分离氢同位素的性能,相同温度下,合金吸氘量小于吸氢量,吸放氘平台压力明显高于吸放氢平台压力,说明合金具有良好的同位素效应.对合金吸氢/氘活化动力学曲线的研究表明,合金在首次吸氢/氘过程中表现出明显的同位素效应,但是随着合金的充分活化,这种同位素效应几乎消失.根据ZrCo合金吸放氢的同位素效...     

Deuterium Storage of Ti39Zr38Ni17Pd6 Icosahedral Quasi- crystal

Ti-Zr-Ni基二十面体准晶是一类特殊的储氢材料,在氢能和核聚变能领域具有较强应用前景。采用XRD、TEM、XPS技术和气固反应系统研究了Ti39Zr38Ni17Pd6二十面体准晶的储氘性能。该合金室温下的饱和吸氘浓度接近 11 mmol·D2/g·M (D2指氘分子,M指金属),超过Zr2Fe和ZrCo 2种合金。在吸放氘循环过程中,没有发现该合金发生相转变。饱和吸氘使得准晶格膨胀了6.37%,并使得Ti与Zr的结合能上升0.2和0.6 eV,反映出氢原子在这种材料中的占位更靠近这2种金属原子。放氘结果显示该合金具有可能较低的坪台压力,350 ℃左右低于1 kPa,这意味着氘原子在该合金中比在ZrCo合金中具有更高的稳定性。以上结果表明,这种准晶有可能替代Zr2Fe和ZrCo合金而在核聚变能领域得到应用。     

Diffusion behaviour of hydrogen in nitrogen containing austenitic alloys

Electrochemical permeation technique and thermal desorption spectroscopy were used to evaluate the hydrogen diffusion, solubility, and trapping behaviour in nitrogen containing austenitic alloys. The hydrogen diffusion of all alloys obeyed Arrhenius relationships in the studied experimental temperature range. The apparent diffusion coefficients were determined and the relevant activation energies were estimated. Nitrogen at higher concentration (>0.38 wt.%) as well as chromium decrease the hydrogen diffusion whereas nickel has opposite effect. The thermal analysis of all alloys except Cr18Mn18N0.57 shows a main single peak at different heating rates indicating no significant hydrogen interaction with microstructural defects. The alloy Cr18Mn18N shows a shoulder in addition to the peak which is attributed to nitrogen–hydrogen interaction. The activation energy estimated from the thermal analysis is nearly equal to the activation energy for diffusion obtained from the Arrhenius plots of the corresponding alloys.     

Numerical simulation of hydrogen desorption from high-density metal hydride hydrogen storage vessels

Metal hydride (MH) alloys are a promising type of material in hydrogen storage applications, allowing for low-pressure, high-density storage. However, while many studies are being performed on enhancing the hydrogen storage properties of such alloys, there has been little research on large-scale storage vessels which make use of the alloys. In particular, large-scale, high-density storage devices must make allowances for the temperature variations caused by the heat of reaction between hydrogen and MH alloys, which may impact the storage characteristics. In this study, we propose a numerical model for the design and evaluation of hydrogen storage devices using MH alloys. Hydrogen desorption reaction behavior for an alloy is observed in terms of temperature and reaction rate. This behavioral correlation is used as the basis for a comprehensive simulation model of the alloy system. Calculated results are found to be in good agreement with experimentally measured data, indicating that the model may be applied to multiple system geometries, scales, and alloy compositions.     

La1．8Ca0．2Mg14Ni3＋x% Ti合金的微结构和储氢性能

研究了机械球磨La1.8Ca0.2Mg14Ni3＋x％Ti（质量分数，下同）（x=0，5，10）合金的微结构和储氢性能。气态吸放氢研究表明。加入钛粉球磨能有效提高合金的活化性能、储氢容量和吸放氢速率。铸态合金经过6次活化后，在613K时放氢量为4．12％（质量分数，下同）。加Ti球磨改性10h后，随着X增加，合金经过2次～3次循环基本完全活化。吸放氢性能也相应提高。Ti含量在x=0，5，10时合金在613K的放氢量分别为4．69％，4．80％，4．83％：当x=10时合金在373K的吸氢量达到3％以上，在600K经过2min就能达到4．81%（为最大吸氢量的97％）。微结构分析表明。具有表面催化活性的Ti粉与合金基体表面进行复合，并使合金发生部分非晶转变，能有效改善La1.8Ca0.2Mg14Ni3合金的储氢性能。