水化学对锆合金耐腐蚀性能影响的研究

经对包括Ｚｒ－４在内的４种不同成分锆合金耐腐蚀性能的研究发现,高湿水中添加了０．０１￣０．１ｍｏｌＬｉＯＨ后,腐蚀所折提早发生,转折后的腐蚀速度增加,这种现象随ＬｉＯＨ浓度增大变得更加显著,但在成分不同的锆合金中有明显的差异,同时添加Ｈ３ＢＯ３后又可以抑制ＬｉＯＨ的加速腐蚀作用。氧化膜显微级织的观察结果表明：转折后的加速腐蚀过程与氧化膜中孔洞簇的出现有关,添加ＬｉＯＨ以及改变合金成分后,通过影响孔     

热挤压690合金管材在高温水中的长期均匀腐蚀行为

采用长期浸泡和表面膜俄歇电子能谱（AES）与扫描电子显微镜（SEM）分析方法研究了热挤压690合金管材3段不同挤出顺序的管段（头部A、中部B和尾部C）在高温除氧水中的均匀腐蚀行为与机理。结果表明：热挤压690合金管材头部A、中部B和尾部C 3种试样在浸泡2 500 h后均匀腐蚀均达到稳定状态,其均匀腐蚀速率均低于5 mg/(月•dm²);头部A与尾部C的腐蚀速率相当,而明显低于中部B的腐蚀速率;氧化膜呈双层结构特征,即外层富Fe和Ni、内层富Ni和Cr,A与C试样氧化膜中间层存在铬壁垒,而B试样无明显的铬壁垒。     

Zr-0.8Sn-1Nb-0.3Fe合金Kr~+离子辐照后的耐腐蚀性能研究

采用高压釜腐蚀实验研究了2种不同制备工艺下的Zr-0.8Sn-1Nb-0.3Fe合金(1#,2#)经360℃、5~25dpa的Kr~+辐照后、在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能,用透射电子显微镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析合金腐蚀后氧化膜显微组织结构。结果表明,100 d腐蚀后,合金的腐蚀增重随着辐照剂量的增加而增加,由于1#合金中的第二相比2#合金更为细小、弥散,相同辐照剂量下,前者的腐蚀增重较低。腐蚀转折前,从蒸汽腐蚀侧到锆合金基体,氧化膜中的氧含量逐渐降低,靠近蒸汽侧的氧化膜主要由等轴晶形态的单斜ZrO_2组成,而基体界面处的氧化膜主要为柱状晶形态的四方ZrO_2和六方Zr_3O;腐蚀转折后,基体界面处的氧化膜呈"花菜"状生长,"花菜"尺寸大小与氧化膜生长速率的高低及不均匀生长趋势的大小呈对应关系。     

改善锆－4合金耐腐蚀性能的研究

研究了改变最后一次中间退火的热处理制度对核燃料锆４包壳管耐腐蚀性能的影响。由原来的６５０℃退火改为８３０℃。相上限温区加热淬火后，无论对耐疖状腐蚀还是耐均匀腐蚀性能都有显著改善。在１０３０℃β相加热淬火后，虽然耐疖状腐蚀性能有明显改善，但作长期均匀腐蚀时，腐蚀增重与时间之间的变化会出现第二次传折，耐均匀腐蚀性能不好。影响耐腐蚀性能的主要因素是Ｆｅ和Ｃｒ合金元素在αＺｒ中的固溶含量，而不是第二相粒子的大小。Ｆｅ和Ｃｒ合金元素在αＺｒ中的过饱和固溶含量，控制在～２００μｇ／ｇ是比较合适的，固溶含量过多又会引起长期均匀腐蚀性能变坏的倾向。     

等离子喷涂制备FeCrAl涂层的ATF锆包壳性能研究

介绍了中广核研究院在事故容错燃料（ATF）包壳领域的最新成果,通过等离子喷涂技术制备出锆合金表面的FeCrAl保护层;通过扫描电镜（SEM）与X射线衍射（XRD）分析了涂层的显微结构与物相,筛选出最优工艺样品;通过高温蒸气氧化增重数据检测了FeCrAl涂层耐蚀性能,使用SEM与X射线能谱（EDS）分析了氧化后样品中的主要元素分布,并以此研究FeCrAl涂层无耐腐蚀性能的机理,提出工艺改进方案。      

金属铀在氢氧化钠溶液中阳极氧化膜的XPS特性研究

采用X射线光电子能谱法（XPS）研究了金属铀在0．8mol/L NaOH溶液中阳极氧化膜的组成。结果表明，在本实验条件下，金属铀表面的阳极氧化膜主要由UO3和少量UO2 x组成；在超真空条件下，氧化膜中的部分 UO3逐渐还原成UO2 x。     

候选材料在650 ℃超临界水中的腐蚀行为研究

研究了3种候选材料（347、HR3C和In-718）在650 ℃、25 MPa去离子水中的均匀腐蚀行为,使用场发射扫描电镜（FEG-SEM）和能谱（EDS）观察了不同腐蚀时间的表面氧化膜形貌与合金元素分布,使用掠入射X射线衍射（GIXRD）分析了氧化膜相结构。结果表明,3种材料腐蚀失重均符合抛物线规律,347的失重为HR3C和In 718的40倍以上;3种材料氧化膜均以Ni(Cr, Fe) ₂O₄为主,In-718点蚀严重,347氧化膜明显脱落,HR3C氧化膜较均匀致密;高温超临界水中,提高合金的Cr含量有助于增强均匀腐蚀性能,添加Nb有损合金的点蚀抗力。     

α+β两相区热处理对Zr-Sn-Nb合金微观组织和腐蚀性能的影响

对Zr-Sn-Nb合金在α+β两相区温度下不同工艺热处理后所得样品,在360 ℃/18.6 MPa纯水环境中进行均匀腐蚀试验,并采用扫描电子显微镜（SEM）观察样品微观形貌、聚焦离子束（FIB）和原子力显微镜（AFM）分析腐蚀后样品表面氧化膜。结果表明,Zr-Sn-Nb合金在α+β两相区温度下热处理时,锆合金中会形成条带状β-Zr第二相,再经过α相区温度最终退火后,β-Zr区域会分解为α-Zr和第二相粒子;经α相区最终退火的样品,在360 ℃/18.6 MPa纯水中的耐腐蚀性能优于未经最终退火的样品;未退火样品中条带状β-Zr第二相区域的氧化膜较α-Zr基体的氧化膜厚,而经过α相区温度退火后β-Zr发生分解,该区域的腐蚀氧化膜出现凹陷。     

国产ZIRLO合金动态水腐蚀氧化膜微观研究

针对反应堆用国产ZIRLO合金,采用内加热方式在346.7 ℃、15.5 MPa、含650 mg/L硼和3.5 mg/L锂溶液的条件下开展腐蚀模拟实验。利用光学显微镜、透射电子显微镜、惰性气体脉冲熔融红外吸收等方法,对腐蚀时间为2、18、250 d的氧化膜进行表征。结果表明：国产ZIRLO合金腐蚀氧化膜的主要晶体结构是柱状晶和等轴晶,随着腐蚀时间的增加,氧化膜外层柱状晶逐渐向等轴晶转变,导致晶界密度增大,氧的扩散通道增多;第二相颗粒以含Nb和含Fe、Nb为主,呈椭球形;氧化膜中的第二相颗粒未发生氧化;氧化膜中的孔隙和微裂纹随着腐蚀时间的增加而增加,主要位于氧化膜中拉应力集中区域;随着腐蚀时间的增加,锆基体中氢含量从10 ppm增至80 ppm,氢化物尺寸从几十μm增大至几百μm,呈周向分布。     

超临界水堆候选材料的腐蚀特性研究

对铁素体/马氏体(F/M)耐热钢P92、奥氏体不锈钢316L和镍基合金690在600℃、23 MPa 超临界水中的腐蚀行为进行了研究.在600℃、23 MPa的超临界水中腐蚀625 h后,690合金、316L不锈钢和P92耐热钢的腐蚀增重速率分别为0.001 02、0.060 6、0.101 27 g/(m2·h).用扫描电子显微镜(SEM)进行观察后发现,超临界环境下F/M耐热钢P92的氧化膜为3层结构,奥氏体不锈钢316L的氧化膜为单层结构,镍基合金690表面生成了一层极薄且有点蚀的氧化膜.     

Incoloy800H传热管抗晶间腐蚀性能研究

采用GB/T15260—94B法(即铜-硫酸铜-16%硫酸测定镍基合金的晶间腐蚀敏感性的方法)对国产Incoloy800H传热管在不同条件下的晶间腐蚀试验结果进行研究,并与进口Incoloy800H合金管的抗晶间腐蚀性能进行对比。分析结果表明,影响合金抗晶间腐蚀能力的主要因素是C、Ti含量,其敏感性随C含量的增加而递增,加入Ti元素是降低晶间腐蚀敏感性和防止晶间腐蚀的有效措施。     

Zr-Sn-Nb-Fe锆合金耐腐蚀性能研究

采用静态高压釜研究了去应力态和再结晶态的SZA-4(Zr-0.8Sn-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge)、SZA-6(Zr-0.5Sn-0.5Nb-0.3Fe-0.015Si)锆合金以及去应力态的参比合金A(Zr-1Sn-1Nb-0.1Fe)在360℃/18.6MPa去离子水、360℃/18.6 MPa/0.01 mol·L~(-1)含锂水和400℃/10.3 MPa过热蒸汽3种条件下的耐腐蚀性能,采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察分析合金的微观结构。结果表明:在3种腐蚀条件下,SZA-4和SZA-6的耐腐蚀性能均明显优于参比合金A,相同腐蚀条件下,再结晶态的SZA-4耐腐蚀性能优于去应力态,而SZA-6表现出相反规律;SZA-4中存在2种密排六方结构(HCP)的第二相,一种为尺寸较小的Zr(NbFeCr)_2,另一种为尺寸较大的Zr(NbFeCr Ge)_2;SZA-6中存在着面心立方结构(FCC)的(ZrNb)_2Fe和密排六方结构(HCP)的Zr(NbFe)_2两种第二相。探讨了合金成分和第二相对3种Zr-Sn-Nb锆合金耐腐蚀性能的影响机理,认为合金成分是引起耐腐蚀性能差别的主要原因。     

新锆合金耐蚀性能研究

试验研究了中间退火制度对新锆合金板材耐蚀性能的影响.结果表明采用较低的中间退火温度有利于改善新锆合金的耐蚀性能,所研究的两种新锆合金NZ2和NZ8的耐蚀性能明显优于Zr-4合金;氧化膜中第二相TEM研究表明,采用低温加工工艺制度,获得晶内有细小、弥散、均匀分布第二相的完全再结晶组织,对提高新合金的耐蚀性能是非常重要的.     

锆合金耐腐蚀性能研究综述

锆合金主要用作核反应堆燃料元件的包壳材料及其他堆内构件。回顾了有关锆合金水侧腐蚀的主要研究结果及存在的问题，概括了现有的理论及面临的挑战。８０年代，关于锆合金化学成分、微观结构及辐照对耐腐蚀性能影响的研究取得了很大进展。近几年来的研究工作主要集中在探索腐蚀机理、选择最佳合金成分及控制微观结构方面，以满足提高燃耗、降低核电成本后对锆合金提出的更高要求。     

离子注入碳对铀抗腐蚀性能影响的研究

利用离子注入技术分别用单能量和多能量叠加注入方式在铀表面注入碳形成表面改性层，并对改性层的形貌、注入元素的分布和相结构分别进行扫描电镜（SEM）、俄歇电子能谱（AES）及表面相结构衍射谱（XRD）分析，利用电化学极化法测试注入样品的抗腐蚀性能。结果表明：离子注入碳能够提高铀表面抗腐蚀的能力。     

Zr-Nb合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性的研究

比较了Zr-Nb合金与Zr-Sn-Nb-Fe及Zr-4合金的耐腐蚀性，讨论了Nb对Zr-Nb合金在不同介质中耐腐蚀性的影响，实验证明Nb的腐蚀产物可以部分溶解于LiOH水溶液中，因而Zr-Nb合金在LiOH水溶液中腐蚀时，合金中β－Nb第二相腐蚀后生成的腐蚀产物会部分溶解于LiOH水溶液，在氧化膜中形成孔洞，从而导致Zr-Nb合金在LiOH水溶液中的耐腐蚀性变差。     

Hf对ODS-FeCrAl合金微观组织及性能的影响

为研究少量添加的Hf对ODS-FeCrAl合金微观组织及性能的影响,通过机械合金化和后续的热等静压工艺研制两种14Cr ODS FeCrAl合金,对其进行微观结构、力学性能、1 200 ℃空气抗氧化性能和1 200 ℃水蒸气抗腐蚀性能测试。TEM结果表明,两种合金中YAlO3氧化物析出相细小弥散,而Hf的添加促进合金基体中生成颗粒尺寸更加细小的Y2Hf2O7纳米氧化物。由于纳米氧化物Orowan的强化机制,两种合金均具有优异的室温与高温力学性能。XRD和SEM结果表明,两种合金经过1 200 ℃空气氧化与1 200 ℃水蒸气腐蚀后,表面均形成均匀致密的α Al2O3膜,对合金起保护作用。Hf添加有利于合金在1 200 ℃水蒸气腐蚀条件下形成更加均匀的α Al2O3膜,抑制Al3+的向外扩散,避免合金内部晶界处形成空穴。     

扁管传热与阻力特性的实验研究

以水为工质,对3种不同几何尺寸的扁管进行了传热与流阻的实验研究.相同换热条件下3根扁管的传热系数和管内传热系数均高于圆管,管内传热系数最大可提高到圆管的2.43倍.说明扁管具有很好的强化传热效果,但压降也高于圆管.同时对扁管在套管内水平和竖直2种放置方式的换热情况进行了对比,实验结果表明竖直放置的传热效果优于水平放置.     

Experimental Study on Heat Transfer and Resistance Characteristics for Finned Tube of Fast Reactor Sodium-air Heat Exchanger

Sodium-air heat exchanger is one of the important equipment in the decay heat removal system of sodium-cooled fast reactor, which together with the external environment constitutes the final heat trap for the residual heat of a reactor. Due to the vertically arranged finned tube structure adopted by the heat exchanger tubes of the sodium-air heat exchanger and the difference of the flow direction and velocity of the air at the different positions, the heat transfer and resistance characteristics are very different from of traditional finned tube heat exchanger. In this paper, based on the engineering design requirements of sodium-air heat exchanger, two kinds of experimental specimens were designed to study the heat transfer and flow resistance characteristics of finned tube bundles with air flow angles of 90° and 30°. The experimental results show that the heat transfer and resistance coefficients of the same finned tube with air flow angles of 90° are significantly greater than those of the finned tube with air flow angles of 30°. For the same air flow direction, the second finned tube has the largest heat transfer coefficient. The research provides a theoretical basis for the design and optimization of sodium-air heat exchanger.     

快堆钠-空气热交换器翅片管传热及阻力特性试验研究

钠-空气热交换器是钠冷快堆事故余热排出系统的重要设备之一,与外界环境一起构成事故下反应堆余热的最终热阱。由于钠-空气热交换器的换热管采用垂直布置的翅片管结构,空气在不同位置处冲刷换热管的流速以及角度不同,导致其传热特性及阻力特性与传统翅片管换热器有很大不同。本文以钠-空气热交换器工程设计需求为研究背景,设计了两种试验件分别进行空气冲刷角度为90°和30°时翅片管束传热与流动阻力特性试验研究。试验结果表明：对于相同管排,空气冲刷角度为90°时的翅片管的换热系数及阻力系数明显大于空气冲刷角度为30°时的翅片管;对于相同空气冲刷角度下的不同换热管排,第2排翅片管的换热系数最大。本文研究为钠-空气热交换器的设计及优化提供了理论依据。