预氧化处理对钛合金抗高温氧化行为的影响

研究了预氧化处理对Ti06Al-4V合金在600℃空气中高温氧化行为的影响。利用XRD和SEM对氧化层表面形貌、相组成及氧化层断面组织结构进行分析。结果表明：预氧化处理的钛合金表面形成了较为致密的Al2O3和TiO2氧化膜，在氧化试验过程中，不仅改变合金的氧化机制，合金由高温氧化时氧向内部扩散为主转变为钛原子向外扩散为主，而且明显降低了合金的氧化速率，提高了氧化膜的粘附性和抗剥落能力。     

纳米结构锆-4合金腐蚀速率与晶粒尺寸的关系

建立了纳米结构组织锆-4合金腐蚀速率.晶粒尺寸关系模型,计算了高温下纳米组织锆-4合金和腐蚀速率曲线,并与纳米组织锆-4合金在400℃水蒸气中的腐蚀试验数据进行了对比.结果表明:与普通晶粒相比,纳米晶粒尺寸下锆合金的速率低于普通晶粒锆-4合金的腐蚀速率,随着纳米晶粒尺寸的减小,锆-4合金的腐蚀速率也降低;同时,纳米化组织处理推迟了锆-4合金氧化转折时间,使其抗氧化性能得到了提高.     

NZ8合金在360℃锂水和400℃蒸汽中腐蚀后氧化膜的拉曼光谱分析(英文)

通过拉曼光谱法研究NZ8合金在360℃锂水和400℃蒸汽的静态高压釜中腐蚀后氧化膜的晶体结构。结果表明,NZ8合金的氧化膜主要由单斜氧化锆组成,其中包括少量畸变的四方氧化锆。随着腐蚀时间的延长,氧化膜中平均四方氧化锆含量不断减少,单斜氧化锆含量不断增加,四方氧化锆在向单斜氧化锆转变。从氧化膜/基体界面到氧化膜外表面,四方氧化锆含量不断减少,界面处四方氧化锆含量最高。NZ8合金在360℃锂水中腐蚀98d后所得氧化膜/金属界面处四方氧化锆含量较其在400℃蒸汽中腐蚀70d所得氧化膜/金属界面处四方氧化锆含量高,而且在400℃蒸汽中腐蚀后氧化膜外表面没有四方氧化锆形成。四方氧化锆向单斜氧化锆的转变决定了NZ8合金的耐腐蚀性能。氧化膜中四方氧化锆含量越高,则锆合金的耐腐蚀性能越好。     

Raman Spectroscopy Analysis of Oxide Film of NZ8 Alloy Corroded in 360 °C Li Water and 400 °C Steam

通过拉曼光谱法研究NZ8合金在360℃锂水和400℃蒸汽的静态高压釜中腐蚀后氧化膜的晶体结构。结果表明,NZ8合金的氧化膜主要由单斜氧化锆组成,其中包括少量畸变的四方氧化锆。随着腐蚀时间的延长,氧化膜中平均四方氧化锆含量不断减少,单斜氧化锆含量不断增加,四方氧化锆在向单斜氧化锆转变。从氧化膜/基体界面到氧化膜外表面,四方氧化锆含量不断减少,界面处四方氧化锆含量最高。NZ8合金在360℃锂水中腐蚀98d后所得氧化膜/金属界面处四方氧化锆含量较其在400℃蒸汽中腐蚀70d所得氧化膜/金属界面处四方氧化锆含量高,而且在400℃蒸汽中腐蚀后氧化膜外表面没有四方氧化锆形成。四方氧化锆向单斜氧化锆的转变决定了NZ8合金的耐腐蚀性能。氧化膜中四方氧化锆含量越高,则锆合金的耐腐蚀性能越好。     

预氧化温度对GH3128合金抗高温循环氧化性能的影响

采用热重法并结合SEM、EDAX等分析手段,研究了预氧化温度对GH3128合金抗高温(1100℃)循环氧化性能的影响。结果表明:在适当温度下进行预氧化处理可有效提高合金的抗高温循环氧化性能。GH3128合金经预氧化处理后抗高温循环氧化性能的优劣主要取决于两种因素的综合作用,其一是合金表面元素Cr的选择性氧化,形成致密均匀的保护性预氧化膜,提高合金抗高温循环氧化性能;其二是合金中元素Ti、Cr的晶界偏析加剧,加速晶界氧化并导致显微裂纹等缺陷产生,降低合金的抗高温循环氧化性能。900℃预氧化处理的GH3128合金试样具有最佳的抗高温循环氧化性能,该温度下预氧化膜形成较好且合金元素Ti、Cr的晶界偏析作用相对较弱。     

预氧化对Ni3Al合金中温塑性的影响

细晶Ｎｉ－１１．８２Ａｌ－１．０３Ｚｒ－０．１Ｂ合金在空气中１０００℃预氧化１５ｍｉｎ后，由于活性元素Ｚｉ的作用，氧化膜外层形成富Ｎｉ氧化膜，使空气环境下６００℃的动态脆性加剧，真空下６００℃拉伸时，预氧化处理后的细晶试样塑性仅略有降低。     

锆—4合金的疖状腐蚀

对不同状态的锆-4合金管材进行了高温蒸汽腐蚀研究。经400℃预膜和未预膜的样品在460℃/10.3 MPa的蒸汽中进行腐蚀试验,结果表明:未预膜的样品迅速腐蚀,而预膜处理延缓了疖状腐蚀的产生;不同加工工艺的样品的腐蚀结果截然不同。挤压前进行β淬火使Zr-4合金的抗疖状腐蚀性能得到改善,应变时效处理后的Zr-4合金管材具有良好的抗疖状腐蚀性能。疖状腐蚀的敏感性与合金的组织状态密切相关,取决于合金中的第二相粒子的数密度、平均粒子大小和基体中溶质元素的含量。     

锆合金表面CrAl基耐高温涂层及氧化行为研究

目的了解锆合金和涂层的高温氧化行为,通过表面涂层提升锆合金的耐高温氧化性能。方法采用多弧离子镀技术在锆合金基体上制备了CrAlN、CrTiAlN涂层,模拟反应堆失水(LOCA)事故时的高温氧化行为,在360～1160℃下进行1 h氧化测试,对原始锆合金和带涂层样品的氧化增重行为进行了研究。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对氧化前后样品的物相结构和形貌进行系统表征分析。结果锆合金在760℃及以下形成深色的混合型锆氧化膜,在860℃以上呈现龟裂和局部剥落。两种涂层氧化时,通过形成致密的Cr_2O_3和Al_2O_3混合氧化层,显著降低了氧化增重。CrAlN涂层在760℃时具有较好的抗氧化性,1060℃时开裂而失去保护作用。CrTiAlN涂层在860℃时能保护基体不受氧化,1060℃时局部开裂,基体开始出现氧化层。结论利用多弧离子镀技术制备的锆合金表面CrAlN和CrTiAlN涂层,在模拟反应堆LOCA事故下具有良好的耐高温氧化性,显示出这两种涂层有潜力发展成为核用事故容错燃料(ATF)包壳涂层。     

锆合金表面改性研究进展

综述了目前锆合金表面改性方面研究的进展状况。主要对表面预膜、离子注入和激光表面处理等3种方法进行总结。其中表面预膜主要简介了高压釜预膜、表面镀膜和阳极氧化等3种方法的研究现状：离子注入方面介绍了Y，La，Nb等离子注入对锆合金的改性效果及其原理；激光表面处理方面介绍了激光表面熔覆和激光表面合金化2种方法在锆合金表面改性方面的研究进展。     

锆合金在LiOH水溶液中腐蚀的各向异性研究

选用了具有相同织构的Zr-4,N18和ZIRLO锆合金片状样品,利用高压釜在360℃,18.6 MPa的0.01 mol/LLiOH水溶液中进行了280 d腐蚀实验,采用EBSD和SEM研究了织构及合金成分对锆合金耐腐蚀性能的影响.结果表明,腐蚀280 d后,Zr-4样品表现出明显的腐蚀各向异性特征,在织构因子较大的轧面(S_N面)上氧化膜较厚,耐腐蚀性能差,而在织构因子较小的垂直于轧向的截面(S_R面)和垂直于横向的截面(S_T面)上氧化膜较薄,耐腐蚀性能好.添加合金元素Nb的N18和ZIRLO样品氧化模生长的各向异性受到抑制,在S_N,S_R和S_T 3个不同面上氧化膜的厚度相同,耐腐蚀性能比Zr-4样品的S_N面优良.但是,如果只以样品的S_R和S_T面进行比较,氧化膜的生长速率会随Nb含量的增加而增大,耐腐蚀性能变差.从改善合金的耐腐蚀性能考虑,Nb的添加量不应该高于0.3%(质量分数).     

锆-4合金包壳长期均匀腐蚀性能研究

在模拟压水堆一回路水条件下，用静态高压釜对锆-4合金进行了8 000 h的均匀腐蚀实验，并对氧化膜的厚度进行了测量和计算，对腐蚀增重和均匀腐蚀速率进行了定量评估。结果表明：锆-4合金包壳内外管在模拟压水堆一回路环境下的氧化增重曲线，初始阶段符合立方规律，2 500 h后为线性规律。内管在腐蚀时间0~2 500 h的氧化增重拟合曲线为y=2.473 47x1/3；超过2 500 h后的拟合曲线为y=9.033 43+0.013 22x；外管在腐蚀时间0~2 500 h的氧化增重拟合曲线为y=2.473 47x1/3，超过2 500 h后的拟合曲线为y=9.498 49+0.013 11x。4.5 a内管氧化膜增厚32.4 μm，相当于金属层减薄厚度为20.8 μm，远小于锆-4合金内管壁厚的10%。4.5 a外管氧化膜增厚31.5 μm，相当于金属层减薄厚度为20.2 μm，远小于锆-4合金外管壁厚的10%。考虑到辐照加速腐蚀效应和实际工况，经过4.5 a的模拟反应堆一回路高温高压环境运行，锆-4合金内外包壳管的均匀腐蚀深度均小于包壳名义厚度的10%。     

锆合金微弧氧化后喷丸致密化研究

目的提高锆合金微弧氧化后表面氧化膜的致密度。方法先对锆合金进行微弧氧化处理,在表面形成氧化锆陶瓷层,再进行不同工艺下的喷丸处理,以提高锆合金表层氧化膜的致密度。通过表面粗糙度测试,表征不同喷丸工艺下试样表面的塑性变形程度,并通过扫描电子显微镜对氧化膜表面形貌和横截面厚度进行分析,最后计算表面膜层中的孔隙率,以表征微弧氧化后喷丸的致密化效果。结果较高的喷丸强度和较长的喷丸时间均会使得膜层表面发生剧烈的塑性变形,导致表面氧化膜脱落,对锆合金的表面完整性具有不利影响。当使用AGB35玻璃丸在0.2 MPa气压下喷丸10 s时,取得了较好的致密化效果。与微弧氧化后的原始试样相比,气压控制在0.2 MPa,时间控制在10 s的喷丸处理,可以减小膜层中孔洞的尺寸和数量,使氧化膜中的孔隙率从原始的16.45%降低至7.27%,有效提高了膜层的致密度。随着喷丸气压增加至0.3 MPa或喷丸时间延长至30 s,氧化膜发生大面积脱落,部分基体与氧化膜之间产生孔隙,氧化膜中的孔隙率反而增加至20.20%,这对锆合金的表面完整性具有不利影响。结论合理控制微弧氧化后的喷丸工艺参数,可以致密化锆合金表面的氧化膜,使其更具有保护性,而过高的喷丸强度和过长的喷丸时间均不能实现较好的致密化效果。     

电镀Cr涂层锆合金的腐蚀行为

在360℃、18.5 MPa的超纯水溶液中和高温(1000和1200℃)水蒸气环境中对采用电镀技术制备的Cr涂层锆合金和没有涂层的锆合金进行了腐蚀行为对比研究。结果表明：在上述腐蚀条件下，Cr涂层显著提升了锆合金的耐腐蚀性能，氧化增重显著降低。与没有涂层的锆合金相比，在高温水蒸气环境中腐蚀54 min后，Cr涂层锆合金的氧化增重下降了一个数量级，在高温高压水环境中腐蚀48 h后，其氧化增重下降了75%。腐蚀后，在Cr涂层锆合金表面形成了细长絮状结构；氧化层越靠近样品表面，结构疏松、空洞数量多且尺寸大；而在靠近Cr涂层与氧化层的界面处，结构致密、无明显尺寸空洞。     

锆合金陶瓷膜导热系数及其膜厚的确定

锆合金是一种新型的核反应堆用包壳材料.为测定锆合金经高频感应氧化后所获得的陶瓷膜导热系数及其膜厚,将锆合金包壳内装满蒸馏水后放入HS-4(B)型恒温浴槽,利用Advantech VisiDAQ软件纪录下包壳内水温由室温上升至60℃中水温变化的整个过程.然后对相关试验参数进行了分析,获得了氧化膜厚度与导热系数的关系曲线.最后,得出结论:锆合金包壳陶瓷膜厚度以2μm为宜.     

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     

注入Ce+对预氧化的Ni20Cr合金1050℃氧化行为的影响

研究了Ni20Cr及经预氧化处理后的合金表面离子注入Ce^＋在1050℃空气中的氧化行为。结果表明，经0.5h和1h预氧化处理后的合金离子注入对其氧化行为的影响与合金表面直接注入的作用类似，可降低合金氧化速度和改善氧化膜粘附性，但所起作用的程度略有不同。     

锆合金氧化膜对腐蚀性能影响研究现状

介绍了锫合金氧化膜的物相组成和转变对锆合金耐腐蚀性能的影响,并重点论述了合金元素、热处理制度、第二相粒子、表面处理技术和水化学条件对锆合金氧化膜及耐腐蚀性能的影响.     

氧化膜结构及内应力对新锆合金腐蚀机理的影响

采用XRD和Raman光谱技术对NZ2锆合金在360℃,18.6 MPa含锂水和400℃,10.3 MPa蒸汽中腐蚀不同时间后氧化膜的内应力及晶体结构进行测试,通过SEM对氧化膜的显微结构进行表征.结果表明,随着腐蚀时间的延长,NZ2合金氧化膜中四方相含量不断降低,单斜相含量不断升高,发生四方相向单斜相转变.当氧化膜厚度达到2 mm时,出现了立方相.氧化膜中四方相含量越高,锆合金的耐腐蚀性能越好.氧化膜内应力及显微结构的研究结果表明,NZ2合金氧化膜内有高的压应力存在.氧化开始阶段,随着腐蚀过程的进行,氧化膜内部压应力增加.当氧化膜厚度达到2 mm时,氧化膜中压应力超过临界值,氧化膜发生破裂,应力释放发生.裂纹降低了氧化膜的保护性,腐蚀转折发生.转折后氧化膜内压应力很低,而且基本保持恒定.因此,腐蚀转折与氧化膜内压应力的突然释放密切相关.氧化膜中压应力越高,四方相越稳定,耐腐蚀性能越好.同时,探索了氧化膜中四方相和立方相的稳定机理,建立了新锆合金的腐蚀机理模型.     

锆合金表面CrAl涂层的高温氧化与拉伸行为

为研究CrAl涂层的高温氧化和拉伸行为,提高锆合金的抗高温氧化性能,采用多弧离子镀技术在锆合金表面制备CrAl涂层。利用高温热处理炉在360~1160℃和860~1160℃下分别对原始锆合金和带CrAl涂层锆合金进行氧化测试,研究二者的氧化增重行为。采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对氧化前后样品的微观形貌、成分与相结构进行系统表征分析。通过原位拉伸测试对原始锆合金和带CrAl涂层试样的力学性能进行研究。结果表明：CrAl涂层氧化时通过形成致密的Al₂O₃和Cr₂O₃氧化层,显著降低了氧化增重,在1060℃高温下基体未被明显氧化。原位拉伸时CrAl涂层直到4%应变时才出现少量微裂纹,显示出较好的塑性变形能力,样品断裂前未见涂层剥落。多弧离子镀制备的CrAl涂层表现出优异的抗氧化性能,涂层与锆合金具有较好的力学相容性,该涂层具有发展成为事故容错燃料（ATF）包壳涂层的潜力。     

喷丸处理Zr-4合金氧化膜组织和氧化动力学研究

采用高能喷丸技术获得表面处理的Zr-4合金,并对其在673 K,18.3 MPa的高压釜中腐蚀,通过XRD、SEM、AFM分析喷丸处理后Zr-4合金形成的氧化膜与普通Zr-4合金形成的氧化膜的成分、形貌、表面粗糙度、晶粒尺寸大小及应力分布等.发现喷丸处理后的Zr-4合金晶粒尺寸减小,并改善了锆合金的耐腐蚀性能.