Nb离子注入对Zr-4合金耐蚀性能的影响

为了研究Nb离子注入对Zr-4合金电化学腐蚀性能的影响,对Zr-4合金试样表面进行不同剂量的Nb离子注入并测定其在1NH2SO4水溶液中的极化曲线,然后使用扫描电子显微镜(SEM)对极化实验后的试样表面形貌进行了观察。结果表明,Nb离子注入能够改善Zr-4合金的耐腐蚀性能,而且改善的程度与注入离子的剂量有关。同时使用X射线光电子能谱分析(XPS)对试样的表层成分和价态进行了分析,发现在注量为5×1016ion/cm2和1×1017ion/cm2的条件下,Nb和Zr在试样表层以Nb2O5和ZrO2的形式存在;而在注量为2×1017ion/cm2的条件下,则以Nb2O5,NbO和ZrO2的形式存在。     

M5和Zr-4合金高温水蒸气氧化性能

利用热分析天平,采用动态连续称重法分别对M5和Zr-4合金在380、400℃水蒸气条件下进行氧化试验,分析其氧化动力学规律,并利用扫描电镜观察氧化层形貌.结果表明:在380、400℃水蒸气下M5和Zr-4合金的氧化动力学均符合抛物线规律,随着氧化时间的延长,氧化速度减慢,氧化温度升高,氧化速度增快.M5和Zr-4合金在380、400℃水蒸气条件下形成的氧化膜厚度的规律和氧化单位面积总增重具有很强的一致性,氧化层致密,厚度均匀,氧化层最外层生长有柱状晶.M5合金在380、400℃水蒸气条件下的抗氧化性能优于Zr-4合金.     

Zr-4合金表面氧化膜的电化学阻抗谱特征

电化学阻抗谱是分析锆合金表面氧化膜结构及其演化行为的有效方法。利用10%HCl溶液研究了锆合金在400 ℃, 10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀后的表面氧化膜电化学阻抗行为。结果表明：锆合金过热蒸汽腐蚀初期表面氧化膜的阻抗谱为单一容抗弧,随着腐蚀进行而演变为双容抗弧。氧化膜表现为双层膜结构特征。氧化膜阻挡作用的降低是锆合金过热蒸汽腐蚀发生转折的一个原因。锆合金中第二相粒子对氧化膜阻抗谱及合金耐蚀性有较大影响     

电流密度对Zr-4和Nb阳极氧化行为影响的对比研究

(1)概述为研究离子电流密度对氧化膜层的影响,印度海德拉巴市O sm ania大学化学系的学者研究了室温下电流密度从2m A·cm-2～14m A·cm-2的Zr-4合金和N b的阳极氧化动力学曲线。该试验通过电容数据测算阳极膜厚度。实验表明,Zr-4合金和N b阳极氧化膜的形成速率、电流效率和电场强度随着电流密度的增加而增加,形成速率的对数和电流密度的对数呈线性关系。运用Cabrera M ott理论,通过离子电流密度的对数和电场强度关系曲线,推导和比较了半跃迁距离和能垒高度。金属锆及其合金和铌阳极处理后,形成彩色干涉氧化膜。平滑而机械性能良好的阳极…     

Zr-1Nb-xFe合金在模拟LOCA下的高温蒸汽氧化行为

为探究Fe对核燃料包壳锆合金抗高温蒸汽氧化性能的影响,利用配置蒸汽发生器的同步热分析仪模拟失水事故(LOCA)下的高温蒸汽氧化环境,对Zr-1Nb-xFe(x=0、0.05、0.2、0.4,质量分数,%)合金进行了800～1200℃下恒温3600 s的高温蒸汽氧化行为研究。采用金相显微镜、Vickers硬度仪观察分析了氧化前后样品横截面的显微组织和硬度。结果表明,在800～1100℃蒸汽中氧化时,添加Fe使Zr-1Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能变差,且影响复杂,不随Fe含量的增加呈单一变化规律;在1200℃蒸汽中氧化时,添加Fe对Zr-1Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能影响甚微;随氧化温度升高,4种合金的氧化动力学规律发生变化,总体由抛物线→直线规律转变,还会发生多次转折,这与锆合金基体的α?β和氧化膜的单斜(m)?四方(t)相变过程密切相关。     

添加Nb对Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr合金高温蒸汽氧化行为的影响

本文熔炼了Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-xNb（x=0、0.15、0.50、1.00,wt.%）合金,并制备成板状样品。采用TG-DSC研究了4种锆合金在模拟LOCA工况下800~1200 ℃的抗高温蒸汽氧化行为和相变行为,利用金相显微镜分析了氧化样品横截面的显微组织。结果表明,4种锆合金的抗高温蒸汽氧化性能并没有随Nb含量的变化呈单一的变化规律,其氧化动力学大多为线性规律,只有添加0.5%Nb的合金在1000 ℃的氧化动力学发生了两次转折,由线性规律转变为幂指数规律再转变为线性规律;锆合金中基体的相转变温度随着Nb含量的增加而降低,而其氧化物的相变行为并没有随Nb含量的变化呈单一变化趋势,这说明Nb含量对锆合金氧化物的相变行为的影响比对合金相变行为的影响复杂。氧化温度为800 ℃、1000 ℃和1200 ℃时,氧化样品截面组织分别为：ZrO2和α-Zr(O),ZrO2、α-Zr(O)和原β-Zr层,ZrO2和α-Zr(O); 800 ℃氧化样品截面各层组织的厚度占比基本不随Nb含量发生变化;1000 ℃氧化样品截面α-Zr(O)层的厚度占比随Nb含量的增加而增大,原β-Zr层的厚度占比正好相反,出现了指状侵入的α-Zr(O)。1200 ℃氧化样品截面显微组织厚度占比随Nb含量的变化比较复杂。这说明Nb有促进β→α-Zr(O)转变的作用。     

Sn和Nb对锆合金在低真空环境下初期氧化行为的影响

锆合金是核反应堆中用作核燃料包壳的重要结构材料,研究其在低真空环境下的初期氧化行为有助于认识锆合金的氧化机制。本工作将Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr、Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.15Nb和Zr-1.5Sn-0.35Fe-0.15Cr(质量分数,%,下同)3种合金制成大晶粒样品,再用电解双喷制成透射电子显微镜(TEM)薄样品,并通过大晶粒TEM薄样品在真空度为3 Pa的真空管式炉中进行280和290℃的氧化实验来研究Sn和Nb对锆合金初期氧化行为的影响。结果表明:添加Nb或提高Sn含量均促进Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr合金在低真空条件下280和290℃氧化初期ZrO_2晶粒的形核和长大。低真空条件下280℃/30 min氧化时,添加Nb会促进ZrO_2晶粒增大,而提高Sn含量使ZrO_2晶粒由球状变为短棒状。随着氧化温度升高(290℃/30 min),Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr和Zr-1.5Sn-0.35Fe-0.15Cr合金表面ZrO_2晶粒出现长大现象,而Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.15Nb合金表面ZrO_2晶粒形核速率较快。     

Zr-0.39Sn-0.32Nb合金微弧氧化膜变温介电性能研究

目的 研究锆合金微弧氧化膜的介电性能随温度的变化规律,了解?100～250℃范围内它们的介电频谱特性.方法 采用恒压模式的双极性微弧氧化脉冲电源,在硅酸盐电解液中对Zr-0.39Sn-0.32Nb合金进行微弧氧化处理,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及激光拉曼光谱仪(Raman),分析微弧氧化陶瓷膜的形貌和相组成.采用变温介电谱仪测量?100～250℃范围内不同厚度微弧氧化膜的介电常数、介电损耗以及电导率随环境温度变化的频谱图(0.01 Hz～1 MHz).结果 Zr-0.39Sn-0.32Nb合金表面制备出20～45μm厚的微弧氧化陶瓷膜,它们都由m-ZrO2单斜相和少量t-ZrO2四方相组成.微弧氧化膜的致密内层对其介电特性影响较大,多孔外层降低其绝缘性能.在?100～250℃范围内,微弧氧化膜的低频区介电常数、介电损耗、电导率均随着温度的增加而快速增加,而温度对它们在高频区的影响较小.同时,在0～100℃范围内,锆合金微弧氧化膜介电性能稳定.在50 Hz工频和20℃环境中,微弧氧化膜的导电率约为10?12 S/m.结论 环境温度对锆合金微弧氧化陶瓷膜介电特性有较大影响,特别在低频区变化显著.     

Zr-4合金微弧氧化层的生物摩擦学性能

采用含Ca、P电解液,450V微弧氧化在Zr-4合金表面制备氧化膜层,在25%小牛血清润滑条件下做球盘往复式摩擦磨损试验,重点研究了氧化膜层的摩擦磨损特性。结果表明,微弧氧化膜层含Ca、P,主要由立方相氧化锆、四方相氧化锆和少量单斜相氧化锆构成,膜层表面粗糙多孔,有少量的微裂纹。Zr-4合金微弧氧化层与Si3N4球的摩擦因数低于Zr-4合金与Si3N4球的,氧化膜层硬度较高,摩擦副间的接触面积较小,膜层微孔储存小牛血清湿式润滑作用,均有利于摩擦因数降低。Zr-4合金微弧氧化层磨损量明显低于Zr-4合金,微弧氧化层硬度高是主要原因。Zr-4合金摩擦磨损以显微切削机制为主,微弧氧化层摩擦磨损则兼有疲劳剥落和显微切削两种机制。     

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。     

镧离子注入对纯锆抗高温氧化性能的影响

对纯锆表面注入了1×10~(16)ions/cm~2～1×10~(17)ions/cm~2的镧离子,并在500℃条件下进行了空气氧化增重研究。用XPS分析了注入的镧、锆的价态;用AES分析了镧锆氧三元素的深度分布;用0.3°小角X光掠射(GAXRD)分析了高温氧化时氧化锆的相转变。结果表明,纯锆表面注入La离子后,其抗高温氧化性能显著提高,且注入剂量越大效果越强,注入氧化膜以La_2O_3和ZrO_22种形式存在;由于La离子的注入,促使形成大量四方相氧化锆(t-ZrO_2),而且减少四方相氧化锆(t-ZrO_2)向单斜相氧化锆(m-ZrO_2)的转变,这是纯锆氧化速率降低的根本原因。     

氧化薄膜对锆-4合金表面性能的影响

为了研究氧化薄膜对Zr-4合金表面性能的影响,对样品分别进行了350℃和400℃各10 min,15 min,20 min和25 min氧化.结果发现,不同条件下氧化生成的样品表面呈现不同的颜色.小角掠射X射线衍射分析(GAXRD)表明,生成的氧化物为非化学计量的六方相氧化锆.样品在0.5 mol/L的H2SO4溶液中进行电化学试验发现,氧化后样品的耐电化学腐蚀性能有所提高.而用纳米压痕仪试验的结果表明,氧化后样品有较高的纳米硬度和较低的弹性模量,意味着氧化后样品可能有更好的耐磨性.400℃氧化样品对合金性能的提高优于350℃氧化样品.     

表面状态对Zr—4合金抗疖状腐蚀性能的影响

对不同表面状态的Ｚｒ－４管材在５００℃,１０．３ＭＰａ下的过热蒸汽中进行了腐蚀试验。实验证明：表面处理状态对合金抗疖状腐蚀性能有较大影响。经酸洗后可提高抗疖状腐蚀性能,预生氧化膜处理可起到延缓疖状腐蚀的作用。结果表明,酸洗后预膜处理的表面有最好的抗疖状腐蚀性能。     

激光表面处理对Zr—4合金板材疖状腐蚀的影响

研究了几种激光表面处理工艺对不同状态的Ｚｒ－４合金板材泡疖腐蚀的影响。实验结果表明：激光表面处理可以显著提高Ｚｒ－４合金抗疖状腐蚀性能；激光表面处理前Ｚｒ－４合金板材的状态（消除应力退火态、再结晶退火态、冷加工态）对激光表面处理后板材的疖状腐蚀性能的影响不明显     

Zr-4合金氧化膜的显微组织研究

Zr-4合金样品在高压釜中经过360℃/18.6 MPa高温去离子水腐蚀395天后,用扫描电镜观察了氧化膜的断口形貌,用高分辨透射电镜观察了氧化膜不同深度处的显微组织和晶体结构,研究了氧化膜的显微组织在腐蚀过程中的演化过程。氧化膜的晶体结构非常复杂,在靠近金属基体处除了稳定的单斜(m)晶体结构外,还存在非晶、立方(c)和四方(t)等亚稳相,晶体中还生成了很多缺陷。m/t和m/c晶体之间存在共格关系,满足(001)m//(110)t,(010)m//(1-10)t;以及(001)m//(002)c,(010)m//(020)c的取向关系。氧化膜中的晶体缺陷在应力、温度和时间作用下会发生扩散,并在氧化锆晶界上凝聚生成孔隙,弱化了晶粒之间的结合力并引起显微组织的演化。在内应力的作用下,孔隙之间的扩展和连结发展成微裂纹,氧化膜变得比较疏松,导致了耐腐蚀性能的变化和腐蚀加速。讨论了各种影响显微组织演化因素之间的关系,氧化膜显微组织的演化过程是不可避免的,寻找并控制能够延缓显微组织演化过程的因素是提高锆合金耐腐蚀性能的有效途径。     

不同介质对Zr-4合金氧化膜结构的影响

为了解释锆合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性能降低的原因，将3组粉状Zr-4合金样品分别放在500℃空气中、500℃过热蒸汽中和350℃的0．1mol／L LiOH水溶液中进行腐蚀，当氧化膜厚度约为1．5gm时，用XRD分析这3组样品的晶体结构。将一片状Zr-4合金样品在350℃的0．04mol／L LiOH水溶液中腐蚀2d，用SIMS检测Li^ 和OH^-在氧化膜剖面上的分布。根据实验结果提出OH^-在氧化膜中比O^-2扩散速度快，使t—ZrO2加速向m-ZrO2转变，导致Zr-4合金腐蚀速度加快。     

锆—4合金氧化膜中的晶粒形貌观察

用扫描探针显微镜(SPM)研究了Zr—4合金在高压釜中经360℃高温水腐蚀后氧化膜中的显微组织和晶粒形貌。从氧化膜表面上观察到的晶粒在100nm～400nm之间，比从截面上观察到的大，说明氧化膜的晶粒在腐蚀过程中仍在不断长大。从离子轰击蚀刻后的氧化膜截面上，可以区分出由大角度晶界构成的柱状晶，以及在柱状晶中由小角度晶界构成的等轴晶。在三晶交界处，常常有明显的“凹陷”，这应是空位扩散凝聚后形成的空洞，尺度在几纳米至几十纳米间。在氧化膜的截面上，除了可观察到裂纹和空洞等缺陷外，在氧化膜／金属交界处，有时还可观察到片层状的氢化锆和显示不出晶界的非晶ZrO2。     

激光表面处理对Zr－4合金板材疖状腐蚀的影响

研究了几种激光表面处理工艺对不同状态的Ｚｒ－４合金板材泡疖腐蚀的影响。实验结果表明：激光表面处理可以显著提高Ｚｒ－４合金抗疖状腐蚀性能；激光表面处理前Ｚｒ－４合金板材的状态（消除应力退火态、再结晶退火态、冷加工态）对激光表面处理后板材的疖状腐蚀性能的影响不明显