Zr-4合金表面耐事故Cr涂层制备及组织性能

采用等离子增强物理气相复合沉积技术,在Zr-4合金表面制备了Cr复合涂层,并在涂层沉积之前对涂层与基体的界面进行了Cr离子的轰击注入强化。结合锆合金包壳的实际使用工况,设计试验方法,评价表征了涂层体系的各项性能及其对锆合金基体的影响。高温蒸气加速腐蚀试验表明,相比于无涂层Zr-4基体试样,Cr涂层明显阻碍了氧向Zr-4基体内部的扩散,并有效抑制了基体内部有害氢化物的生成。在模拟事故的高温(1000℃)热冲击条件下,相比于无涂层基体表面较厚氧化物生成的现象,涂层样品并未出现脱落,基体也并未出现氧化腐蚀。拉伸及内压爆破测试表明,样品表面Cr涂层表现出与基体较好的附着力,未出现沿破裂界面的脱落,也未影响Zr-4基体的拉伸及室温爆破性能。可以认为,Zr-4合金表面Cr涂层是理想的耐事故涂层材料之一。     

Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机理研究

Cr涂层锆合金包壳具备抗高温蒸汽氧化性能优异、耐腐蚀和耐磨蚀性能良好、工程应用难度较小等特点,成为最具前景的近期型事故容错燃料候选材料之一。本工作以Zr-1Nb合金管为基体材料,采用磁控溅射工艺制备均匀致密Cr涂层,涂层厚度范围12～15μm。通过同步综合热分析仪开展双面高温蒸汽氧化试验,氧化温度为1000、1100和1200℃,氧化时间为300～5000s,系统研究反应堆事故工况下Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化行为。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪表征高温氧化产物膜微观形貌特征、氧化层厚度、元素分布以及物相组成等,建立Cr涂层氧化动力学模型,探讨高温氧化机理。研究表明,高温蒸汽环境中,Cr涂层锆合金包壳外壁形成致密Cr2O3层,有效阻止O元素扩散至Zr合金基体,从而提升复合包壳的耐高温性能。其次,Cr涂层高温蒸汽氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率常数比锆合金低大约2个数量级,显著提升锆合金包壳抗高温蒸汽氧化性能。     

锆合金表面Mo/Al/Cr复合涂层的抗高温水蒸气氧化性能

锆合金是重要的核燃料包壳材料,在包壳表面沉积抗高温水蒸气氧化涂层是在失水事故中避免核泄漏的有效途径,然而涂层在高温氧化过程中存在氧化产物不稳定及界面扩散问题。用磁控溅射的方法在Zr-4合金表面沉积Mo/Al/Cr复合涂层,拟利用Al层生成氧化铝提升抗氧化温度上限,利用Mo层阻挡Al与Zr-4基体的扩散。用SEM表征涂层的表面及横截面形貌,利用XRD分析涂层物相结构,用纳米压痕的方法评价涂层的力学性能,用管式炉连接水蒸气发生器来评价涂层的抗高温水蒸气氧化性能。结果表明：在锆合金表面制备的Mo/Al/Cr复合涂层与基体结合良好,结构完整,界面清晰,硬度高于Zr-4合金基体。在高温水蒸气氧化试验中,复合涂层中的Al会发生熔融,导致涂层结构的破坏而不能生成连续致密氧化铝膜。在Cr层、Al层失效的情况下,Mo层可以有效阻挡Al及O元素向基体内部扩散。探讨了Al作为抗氧化层及Mo作为扩散阻挡层的可行性,试验结果可为核燃料包壳涂层的设计选材提供借鉴和支撑。     

Cr涂层Zr-4合金包壳的高温空气氧化/扩散行为

目的 在Zr合金包壳表面制备Cr涂层,以提高Zr合金包壳在事故环境下的抗高温氧化性能。方法 采用多弧离子镀技术在Zr-4合金包壳上制备约17 μm的Cr涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)和电子探针(EPMA)等方法,分析试样氧化前后的相组成、微观形貌和扩散行为,并评估试样在1 100、1 200、1 300 ℃空气环境中氧化后的高温氧化性能。结果 沉积态Cr涂层显微结构致密均匀,(110)面有很强的织构。Cr涂层在高温空气中氧化60 min后,保持了涂层结构完整性。氧化后的Cr涂层Zr合金系统均为多层结构,包括外部Cr2O3层、中间Cr涂层、内部Cr-Zr扩散层和Zr合金基体。在涂层/基体界面上形成了具有Laves相的金属间ZrCr2扩散层,ZrCr2层下方的区域出现了大量分散的沉淀相。在Cr-Zr中间层和Zr合金界面处的不对称原子扩散导致Kirkendall空位生成,空位的聚集和合并导致空穴的形核和生长。结论 Cr涂层表面形成了致密的Cr2O3层,提高了Zr-4合金的抗高温氧化性能。通过研究高温空气中Cr涂层Zr-4合金包壳材料的高温空气氧化/扩散行为,可为耐事故涂层的开发、制备和应用提供一定的理论指导和技术支持。     

锆合金包壳事故容错涂层研究进展

日本福岛核事故后,以提升反应堆在事故工况下的稳定性和安全性为目的的事故容错燃料技术研究已成为世界范围内的研究热点。涂层技术是事故容错燃料项目短期规划主要的发展方向。在锆合金燃料包壳表面制备保护性涂层能够在不改变现有燃料体系结构的前提下,提升锆合金包壳在反应堆失水事故条件下的事故容错能力。本文综述了国内外锆合金包壳涂层领域研究成果,总结了锆合金表面涂层的种类、性能、制备技术及应用前景,结合涂层的制备技术,综合分析了各种制备方法的特点以及未来需集中要解决的问题。在此基础上,提出金属Cr涂层具有良好的耐腐蚀性能,尤其是在1200℃以上高温蒸汽腐蚀条件下能够有效保护锆合金基体,是目前最有希望工程化应用的事故容错涂层。同时指出,探索适合于工程化应用的Cr涂层制备技术,解决Cr涂层的制备缺陷,提升涂层的结构致密性以及界面性能是目前亟待解决的关键问题。     

核电耐事故锆包壳表面涂层研究进展

锆合金表面涂层作为一种短期内最易于实现商业化工程应用的耐事故包壳材料,已成为国际上新型核电燃料元件研发的热点。综述了近年锆包壳表面涂层研究已取得的重要研究成果。阐述了锆合金表面涂层材料的发展,包括MAX相、Cr系、陶瓷和FeCrAl合金等,重点分析了金属Cr因易于获得高质量涂层,且具有优异的耐腐蚀、耐高温氧化等性能,成为耐事故锆包壳表面涂层的首选材料。讨论了锆合金表面Cr涂层沉积技术的发展,包括物理气相沉积法、冷喷涂、激光熔覆和等离子喷涂等,着重分析了不同的科研机构均形成了各自的涂层锆管研发路线。评价了锆包壳表面Cr涂层的关键应用性能,重点分析了高温氧化–脆化、腐蚀、环压、磨损以及高温爆破等条件下的表面涂层效应。水蒸气环境中表面Cr涂层可有效阻止氧元素向锆基体的扩散,高温氧化–淬火后锆基体内残留了大量β–Zr相,涂层锆管仍具有一定的残余塑性;小变形工况下表面Cr涂层与锆基体间具有良好的膜基协同变形能力;Cr涂层对锆管基体具有一定的表面强化效应,一定程度上可改善涂层锆管的高温爆破性能;堆内辐照后Cr–Zr界面成分、微结构稳定性良好,21%环向肿胀后表面Cr涂层依然未剥落。最后,总结与展望了锆包壳表面Cr涂层的科研成果与研究方向。     

锆合金耐事故燃料包壳涂层研究进展

日本福岛核事故后,以提升反应堆在事故工况下的稳定性和安全性为目的的事故容错燃料技术研究已成为世界范围内的研究热点。涂层技术是事故容错燃料项目短期规划主要的发展方向。在锆合金燃料包壳表面制备保护性涂层能够在不改变现有燃料体系结构的前提下,提升锆合金包壳在反应堆失水事故条件下的事故容错能力。本文综述了国内外锆合金包壳涂层领域研究成果,总结了锆合金表面涂层的种类、性能、制备技术及应用前景,结合涂层的制备技术,综合分析了各种制备方法的特点以及未来需集中要解决的问题。在此基础上,提出金属Cr涂层具有良好的耐腐蚀性能,尤其是在>1200°C高温蒸汽腐蚀条件下能够有效保护锆合金基体,是目前最有希望工程化应用的事故容错涂层。同时,探索适合于工程化应用的Cr涂层制备技术,解决Cr涂层的制备缺陷,提升涂层的结构致密性以及界面性能是目前亟待解决的关键问题。     

锆合金表面Cr涂层在高温压缩下的界面开裂行为EI北大核心CSCD

在事故条件下核反应堆的核心部件镀Cr锆合金包壳管容易受到挤压发生变形,导致Cr涂层产生裂纹影响涂层的保护性能,因此研究镀Cr锆合金在高温压缩下的裂纹扩展行为十分有必要。采用环向压缩试验研究不同厚度Cr涂层锆合金在不同温度下的开裂行为,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度计等测试设备研究不同压缩试验温度下的镀Cr锆合金包壳管表截面裂纹微观形貌,并统计表截面裂纹密度及截面裂纹最大宽度。分析包壳材料的载荷-位移曲线和裂纹扩展行为,评价温度和涂层厚度对镀Cr锆合金包壳管力学性能的影响。研究结果表明:镀Cr锆合金包壳管在高温工况下,抗压强度会下降,断裂韧性增加;当涂层厚度增加时,表截面裂纹密度减少,裂纹张开尺寸增大;裂纹首先在表面产生,然后逐渐向基体扩展,并随着变形量的增加逐渐向基体扩展,最终在膜基结合处停止;试样变形量从10%压缩到50%时,截面裂纹的新增主要来自表面主裂纹分叉,且在压缩过程中Cr涂层并不会剥落,Cr涂层与锆基体结合性能良好。研究不同厚度锆合金Cr涂层包壳管在高温压缩下的膜基界面裂纹的扩展行为,可为锆合金包壳管的涂层制备提供数据支持。     

涂层厚度对Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机制的影响

目的 研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据。方法 以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20 μm 3类。采用高温蒸汽氧化设备开展试验,氧化温度为1 200 ℃,等温氧化时间为500~3 000 s,系统研究模拟反应堆失水事故(LOCA)工况下涂层厚度对该材料体系高温蒸汽氧化行为及氧化动力学的影响。试验后,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜及能谱仪等表征各样品氧化膜微结构特征、氧化层厚度、元素分布及物相组成等,基于氧化膜层厚度构建Cr涂层氧化动力学模型,同步探讨涂层原始厚度对其高温蒸汽氧化-失效微观机理的影响。结果 涂层厚度为10 μm时,其对锆合金基体保护作用有限,等温氧化2 000 s时其表面Cr2O3氧化膜和残余Cr涂层已完全丧失保护功能,锆合金基体被连续氧化。涂层厚度为15 μm时,第一阶段,生成保护性能较好的Cr2O3氧化膜,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律;第二阶段,Cr涂层的氧化行为发生转变,氧化膜及其残余涂层保护性能衰退,但锆合金基体始终未被氧化。涂层厚度为20 μm时,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律,但氧化行为未发生转变,表面氧化膜及残余Cr涂层保护性能较好。结论 Cr涂层厚度增加可在一定程度上提升其抗高温蒸汽氧化性能,进而提高反应堆事故工况下燃料包壳抵御事故的能力,从而在一定程度上延长不干预时间。     

锆合金Cr涂层包壳管在环向压缩作用下的裂纹行为EI北大核心CSCD

金属Cr涂层是事故容错燃料(ATF)包壳候选涂层之一,在各方面具有优异的性能。在实际工况下,包壳管会受到环向外压力的作用而导致涂层破裂,研究锆合金Cr涂层膜基界面裂纹萌生和扩展行为很有意义。使用多弧离子镀技术在锆合金基体表面制备Cr涂层,利用电子力学试验机对锆合金Cr涂层包壳管进行不同变形量的环向压缩试验。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDX)、XRD和纳米压痕仪等测试设备对锆合金Cr涂层试样的微观组织进行表征,研究并分析Cr涂层表截面裂纹的微观行为。结果表明,试样的变形分为弹性变形-裂纹萌生阶段和塑性变形-裂纹扩展阶段两个阶段,发现锆合金Cr试样界面裂纹的产生有两种形式:①裂纹从膜基界面处萌生,原因是Cr涂层和锆合金基体材料的不同使得膜基界面发生涂层应力集中;②表面萌生裂纹,由于Cr涂层存在微缺陷。没有发现涂层的剥落现象,说明其界面结合性能较佳。采用多个变形量研究锆合金Cr涂层包壳管膜基界面裂纹的萌生与扩展过程,为ATF包壳涂层结构完整性和稳定性提供试验依据。     

Understanding Solid-Solid (fcc→ω+bcc) Transition at Atomic Scale

An atomic transition model of a face-centered cubic (fcc) crystal to a primitive hexagonal ω and body-centered cubic (bcc) structures has been crystallographically built. The fcc structure can transform into the ω structure through a local shuffling or displacement of atoms about 0.4014 Å in iron for a _{fcc iron} = 3.59 Å. The bcc structure can form either after the ω formation or concurrently by the similar mechanism, or the ω structure can be treated as an intermediate stage during the transition of fcc → bcc. Such a transition (fcc → ω + bcc transition) can be confirmed by Widmanstätten pattern formed in an iron meteorite, pearlitic structure and martensite composed of bcc-ferrite and ultra-fine ω particles in iron-carbon steels. The present fcc-bcc orientation relationship matches with Pitsch’s one.     

RGS4和D2受体信号通路相关分子在甲基苯丙胺依赖CPP大鼠纹状体的表达变化

目的:研究甲基苯丙胺(methamphetamine, METH)依赖条件性位置偏爱(conditioned place preference, CPP) 实验大鼠纹状体G蛋白信号调节因子4(regulator of G-protein signal 4,RGS4)和多巴胺D2受体(dopamine receptor D2)信号通路相关分子的表达变化。方法: 建立METH依赖CPP大鼠 1周组、2周组,应用蛋白质印迹(Western blot)测定各组大鼠纹状体RGS4和D2、抑制性G蛋白α亚基(inhibitory G protein α-subunit,Gαi)、丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)蛋白表达的变化;应用酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)测定各组大鼠纹状体环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)含量的变化。结果: 与生理盐水对照组相比,METH依赖1周组、2周组大鼠在伴药箱的平均停留时间明显延长(P<0.05)。与生理盐水对照组相比,RGS4蛋白在METH依赖1周、2周组的表达均明显下降(P<0.01),且与METH依赖1周组相比,2周组的下降更为明显(P<0.05);与生理盐水对照组相比, D2、Gαi、MAPK蛋白以及cAMP在METH依赖1周、2周组的表达均明显升高(P<0.01),且与METH依赖1周组相比,2周组的升高更为明显(P<0.05)。结论:在METH依赖的CPP大鼠纹状体中,RGS4和D2受体信号传导通路相关分子发生了改变,RGS4可能参与了METH依赖的CPP大鼠纹状体D2受体信号传导通路的调节。     

红细胞、血浆蛋白及溶酶体对汉防己甲素和汉防己乙素系统暴露的影响

目的：汉防己为防己科植物粉防己（Stephania tetrandra S. Moore）的干燥根。汉防己甲素和汉防己乙素是其两个主要成分,具有抗肿瘤等多方面药效活性。为了帮助进一步考察汉防己甲素和汉防己乙素的药效作用,我们对两个双苄基异喹啉类生物碱开展了大鼠和体外药代研究。方法：大鼠口服或静脉给药汉防己提取物、汉防己甲素或汉防己乙素单体化合物以阐明汉防己甲素和汉防己乙素的药代动力学特征;在体外检测汉防己甲素和汉防己乙素的血浆蛋白结合、全血-血浆分配、溶酶体捕获。以上实验产生的生物样品均采用液质联用技术进行分析。结果：研究发现汉防己甲素和汉防己乙素有两个药代特征,其一是这两个化合物的全血系统暴露水平均高于其各自血浆系统暴露水平,其二是在相同的给药剂量、动物实验条件及分析检测条件下,两个化合物在灌胃汉防己水提物后的系统暴露水平均高于其各自在灌胃单个化合物后的暴露水平。汉防己甲素和汉防己乙素的大鼠血浆游离药物分数约为2%～5%,其在大鼠红细胞浓度比在大鼠血浆浓度高5倍左右。溶酶体抑制剂阻碍溶酶体捕获这两个化合物并显著减少其在HEK-293细胞中浓度。 结论：血浆蛋白结合、红细胞结合及组织细胞中溶酶体捕获三个因素极大地限制了游离的汉防己甲素和汉防己乙素的系统暴露水平,该药代特点应在围绕这两个中药化合物开展药效研究时关注。     

溶胶-凝胶法制备钛基生物相容性MgO膜

植入物的表面修饰对于获得生物相容性或功能性界面非常重要。本项研究中, 钛金属表面的MgO薄膜在400?C进行溶胶-凝胶化,观察其微观结构、生物活性、抗菌性能和细胞毒性。结果发现,MgO在空气中老化后转化为Mg（OH）2。扫描电镜观察薄膜无裂纹。在模拟体液试验中显示出良好的生物活性,与成骨细胞有良好的相容性,对大肠杆菌有轻微的抗菌作用。MgO薄膜在钛金属生物医学植入物表面改性中具有潜在的应用前景。     

固溶冷却速率对IN738LC合金组织及性能的影响

研究了固溶处理过程中不同冷却速率对IN738LC合金组织及性能的影响。研究结果表明,γ′相尺寸随固溶处理后的冷却速率提高而减小,γ′相形貌也随着冷却速率的提高而更加规则,从而使拉伸强度和持久性能随冷却速率的提高而增加,而伸长率呈降低趋势。从1120 ℃以30~40 ℃/min的冷却速率冷却到850 ℃,再空冷到室温的热处理制度,能够使IN738LC合金具有最佳强度和塑性匹配。     

蛋白酶体抑制剂减少病毒性心肌炎小鼠炎症因子IL-6和TNF-α的表达

目的: 研究泛素蛋白酶体抑制剂对病毒性心肌炎小鼠炎症反应的作用,探讨泛素蛋白酶体系统在病毒性心肌炎发病中的作用机制。方法: 将100只雄性BALB/C小鼠随机分为正常对照组,心肌炎组,心肌炎+bortezomib处理组与心肌炎+MG-132处理组,每组各25只。腹腔接种柯萨奇B3病毒（CVB3）诱发急性心肌炎,次日处理组分别腹腔注射蛋白酶体抑制剂bortezomib或者MG-132,连续给药7 d;对照组腹腔注射空白溶剂。第8天小鼠取材,观察心肌组织的炎症病理改变,电镜观察心肌细胞的超微结构改变,ELISA法检测心肌组织炎症因子IL-6、TNF-α的蛋白表达水平,嗜中性多型核白细胞（polymorphonuclear neutrophils,PMN）计数以及各组存活率。结果: 与正常对照组相比,心肌炎组的IL-6、TNF-α水平,PMN计数均显著增加（P<0.05）。电镜下观察可见心肌炎组弥漫性心肌细胞肿胀、大量肌丝溶解线粒体肿胀空化。与心肌炎组相比,心肌炎+bortezomib处理组及MG-132处理组炎症因子的表达及PMN的浸润显著减少,心肌细胞损伤程度明显减轻,生存率显著提高（P<0.05）。结论: 泛素蛋白酶体抑制剂通过降低CVB3心肌炎小鼠心肌组织中炎症因子的表达,减轻心肌损伤,提高生存率。泛素蛋白酶体系统参与了CVB3心肌炎的发病过程,此酶体系统可能是急性病毒性心肌炎治疗的潜在靶点。     

铝对含钛微合金钢成分控制及夹杂物形成的影响

自主设计了不同Al含量的含钛微合金钢，采用火花源光电直读光谱仪检测了每炉钢的化学成分，分析了Al含量对试验钢中O和Ti含量的影响规律；利用OM、SEM观察了试验钢夹杂物形貌并进行了能谱分析，研究了Al含量对试验钢夹杂物形成的影响规律。研究结果表明：随着Al含量的增加，钢中Ti氧化物夹杂逐渐减少，Ti主要以TiN及TiC的形式存在，收得率得到提高；当Al质量分数大于0.033 7%时，Ti的收得率均高于90%；当Al质量分数控制在0.033 7%~0.060 6%时，脱氧效果较好，并可降低夹杂物数量、减小夹杂物的尺寸。     

基于代谢组学研究对乙酰氨基酚片对中国健康成人胆汁酸谱的影响

目的：研究健康成人多次口服对乙酰氨基酚片后胆汁酸代谢的变化。方法：招募10名健康受试者,收集受试者口服对乙酰氨基酚前后的血清标本,分为给药前组（PD）,第5次给药后组（FD）及第8次给药后组（ED）,采用高效液相串联质谱（LC-MS/MS）的方法,定量检测血清胆汁酸谱,并结合代谢组学的主成分分析（PCA）,正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）,研究多次口服对乙酰氨基酚后健康成人胆汁酸代谢谱的变化,检测各组肝功能生化指标,观察在给药前后肝功能生化指标的变化。 结果：在给药前和给药后人血清的胆汁酸谱发生了变化,牛磺鹅去氧胆酸（TCDCA）,甘氨胆酸（GCA）,甘氨鹅脱氧胆酸（GCDCA）,牛磺熊去氧胆酸（TUDCA）的浓度与给药前的基线相比显著升高（P<0.05）,肝功能生化指标无明显的变化。采用代谢组学的方法筛选出的差异代谢物GCA,GCDCA为口服对乙酰氨基酚后胆汁酸改变最敏感的指标。结论：GCA和GCDCA或可作为对乙酰氨基酚致早期肝损伤的潜在生物标志物。     

匹多莫德对免疫功能缺陷小鼠脾组织TNF-α和IL-6表达及相关免疫药理作用的研究

目的: 研究匹多莫德注射剂对正常小鼠及免疫功能低下小鼠脾组织TNF-α和IL-6表达及相关免疫功能的影响,以及匹多莫德免疫调节作用可能的机制。方法: RT-PCR法对小鼠脾组织的TNF-α和IL-6的表达进行分析;中性红法对小鼠的腹腔巨噬细胞的吞噬功能进行研究;MTT法检测ConA和LPS分别刺激的小鼠脾淋巴细胞的体外增殖;血清溶血素法检测小鼠血清抗体的产生。结果: 匹多莫德注射剂连续给药14d对正常小鼠及免疫功能低下小鼠脾组织的TNF-α和IL-6的表达有一定的促进作用;小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力明显提高;ConA或LPS刺激的小鼠脾淋巴细胞的转化能力均有明显的提高。结论: 匹多莫德可明显提高正常小鼠和免疫功能低下小鼠的免疫功能,并促进TNF-α和IL-6表达。     

国产限动芯棒连轧管机组关键技术分析

简述了国产限动芯棒连轧管机组的研制情况和设备的组成、特点及主要技术性能参数,结合生产实际分析了安装调试和试轧的关键技术要点。指出该机组具有核心技术接近同期世界先进水平,投资成本低等优点,可作为目前我国钢管企业新建机组的首选方案。