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。     

Zr-xNb-yCr合金在模拟失水事故下的高温蒸汽氧化行为

锆合金在失水事故（Loss of Coolant Accident, LOCA）下的高温蒸汽氧化行为是需要重点关注的问题之一。本文熔炼了Zr-xNb（x=0.5、1.0、1.5,wt.%）合金和Zr-1Nb-yCr（y=0.05、0.2）合金并制备成板状样品。采用同步热分析仪研究了5种锆合金在模拟LOCA工况下900~1200 ℃蒸汽中的氧化行为,利用金相显微镜观察分析了氧化样品横截面的显微组织,使用显微硬度仪研究了氧化前后样品的显微硬度。结果显示：在900~1100 ℃蒸汽中氧化时,Zr-xNb合金的抗高温蒸汽氧化性能不随Nb含量变化呈单一变化规律,且随温度升高发生变化,添加Cr使Zr-1Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能变差,且影响复杂,不随Cr含量的增加呈单一变化规律;在1200 ℃蒸汽中氧化时,添加Nb和Cr对锆合金的抗高温蒸汽氧化性能影响不大;5种合金的氧化动力学规律随温度升高发生变化,总体由抛物线→直线规律转变,还会发生多次转折。从O在Zr基体中的固溶含量以及Zr基体α?β和氧化膜单斜(m)?四方（t）相变的角度探讨了Nb和Cr影响锆合金高温蒸汽氧化行为的机理。     

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。     

1000 – 1100 °C下多弧离子镀Cr涂层Zr-4合金的高温蒸气氧化行为

Cr涂层锆合金包壳是提高轻水反应堆燃料组件抗高温氧化性能的重要方法。本文旨在研究Cr涂层Zr-4合金在水蒸气环境中的高温氧化行为,采用多弧离子镀工艺制备Cr涂层Zr-4合金样品,在1000 °C和1100 °C水蒸气环境中开展高温氧化实验,采用高精度天平获得样品氧化增重,采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)测试分析样品的表面与截面微观形貌、元素分布、物相及Cr-Zr扩散层厚度。结果显示,多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金样品表面存在大量尺寸不等的大颗粒,Cr涂层沿着(1 1 0)晶面择优生长。高温蒸气单位面积氧化增重与时间近似遵循抛物线规律,1100 °C的蒸气氧化速率明显高于1000 °C,相同温度下Cr涂层Zr-4合金的氧化速率低于无涂层Zr-4合金。高温蒸气氧化后,样品表面生成针须状氧化物,且氧化物间存在大量微孔。在1100 °C高温蒸气氧化3h和4h后,样品表面被氧化生成蠕虫状的团状物。样品截面呈层状结构,由外向内分别为Cr₂O₃层,Cr涂层,Cr-Zr扩散层,Zr-4合金层。但表面Cr₂O₃层的厚度并不是随着氧化时间的增加而同步增加的,而Cr-Zr扩散层的厚度随氧化温度和氧化时间的增加而增大,且与氧化时间基本呈线性关系。因此,采用多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金在1000 °C和1100 °C下表现出良好的抗高温蒸气氧化性能。     

3种锆合金的高温氧化行为

对Zr-A和Zr-B锆合金在700-1200℃的O_2中进行了等温氧化实验,观察了合金的氧化动力学行为和基体微观结构演变,并与低Sn的Zr-4合金作了对比.结果表明,700—1200℃氧化时,3种锆合金的动力学曲线基本服从抛物线规律,Zr-B合金在700℃氧化1200 s后速率出现转折;800℃时Zr-A和Zr-B合金的氧化速率出现转折;1000℃时3种合金动力学曲线由抛物线变为近似直线;1100℃以上氧化时,动力学曲线呈抛物线规律,未出现转折.在1100℃以上氧化时,合金成分对3种合金的高温氧化性能影响甚微.依据氧化增重数据得到了3种合金在700—1200℃氧化反应的抛物线速率常数K_p的表达式.     

Fe-40%Ni合金的高温氧化行为

采用测定高温下保温不同时间后氧化层厚度的方法讨论分析了Fe-40%Ni合金的高温氧化行为,并通过回归分析得到了预测氧化层厚度的数学模型。结果表明,当温度低于1000 ℃时,合金氧化层增加的趋势相对较缓,超过1000 ℃后显著加快。随保温时间的延长,氧化层厚度以一定的速度增加,并与保温时间呈近似线性的关系,而当温度较高时则逐渐向抛物线型转变。回归分析表明,合金的氧化层厚度(μm)可用h=6700×t^0.44×e^-6870/T计算。     

合金元素对Co-Al-W合金高温氧化行为的影响

研究新型Co-Al-W合金在800和900℃空气中氧化动力学及元素Mo、Nb、Ta和Ti对合金高温氧化行为的影响。结果表明:在800℃氧化100 h后,Co-8.8Al-9.8W(摩尔分数,%)和Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金的质量增加较小,表明其抗高温氧化能力较强;在900℃氧化时,Co-8.8Al-9.8W-2Mo、Co-8.8Al-9.8W-2Nb、Co-8.8Al-9.8W-2Ta和Co-8.8Al-9.8W-2Ti合金的质量增加小于Co-8.8Al-9.8W合金的,表明加入合金元素可以提高合金的抗高温氧化能力;在不同温度下,Co-Al-W合金氧化膜表面出现团聚、开裂和脱落现象;氧化膜分为3层,外层为Co3O4氧化物,中间层为W、Al和合金元素的复杂氧化物,内层为Co和Al的氧化物。从合金氧化动力学曲线来看,在800℃时合金元素增强Co-Al-W合金抗高温氧化能力由强至弱依次为Ta、Ti、Mo、Nb;在900℃时按Ti、Ta、Mo、Nb顺序依次减弱。     

GH4169合金高温氧化特征

GH4169合金在850℃、950℃和1040℃条件下氧化符合抛物线动力学规律. 氧化物层为Ti0.95Nb0.95O4+Cr2O3+(Cr.Fe)2O3的复杂结构，高温下氧化元素扩散导致氧化层为岛状结构，在一定氧化时间,氧化层深度与温度是对数函数关系,氧化反应激活能为143.52kJ/mol. 温度高于1040℃氧化物剥落.     

Ta含量对镍基粉末高温合金高温氧化性能的影响

采用XRD、FEG-SEM和EDS等实验技术对不同Ta含量合金在800℃条件下进行抗氧化性能的研究。结果表明,含Ta合金的氧化增重和氧化时间的关系曲线符合抛物线规律,氧化层为Al_2O_3+NiCr_2O_4+Ta_2O_5+(Ti/Cr)TaO_4的复合氧化物结构,而随着Ta含量的增加,氧化层厚度减小,且氧化深度变浅,氧化层也变得更加平滑而致密。实验发现,在外层和内层氧化层之间存在富Ta的氧化物Ta_2O_5、(Ti/Cr)TaO_4,很容易与Cr_2O_3结合形成CrTaO_4,从而减少高温下Cr_2O_3氧化物的挥发损失,提高合金的抗氧化性能。富Ta氧化物Ta_2O_5、(Ti/Cr)TaO_4的出现能阻碍金属阳离子向外扩散的速率,Ta元素的加入改变了氧化层离子扩散速率从而提高了合金的抗氧化性能。     

磁控溅射铬涂层锆合金包壳高温水蒸气氧化行为

目的 研究磁控溅射Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在1 100～1 300℃水蒸气环境中的氧化行为,为制定核反应堆事故预防和管理提供依据。方法 采用卧式管式炉开展高温氧化试验,通过分析天平测量试样增重,通过扫描电子显微镜观察形貌,通过X射线能谱仪分析元素分布。结果 氧化前Cr涂层结构致密,没有明显缺陷。氧化后包壳表面形成微观的鼓包、褶皱或裂纹。Cr涂层在1 100℃和1 200℃氧化3 600 s后形成了Cr₂O₃-Cr-ZrCr₂的三层结构。1200℃下,Zr沿Cr晶界扩散到达Cr₂O₃/Cr界面后将Cr₂O₃还原,引起局部Cr₂O₃厚度减小,Cr晶界中的Zr O₂则构成了O扩散的短途通道。1 300℃氧化1 800 s和3 600 s后,Cr涂层性能退化,生成外侧ZrO₂层。在Zr基体氧含量饱和的过程中,Zr O₂生长的抛物线...     

磁控溅射镀CrAlSiN涂层的抗高温水蒸气氧化性能

目的 提高锆合金包壳管的事故容错能力.方法 采用磁控溅射法,在锆基底上沉积CrAlSi和CrAlSiN两种涂层,表征了涂层的结构形貌、机械性能和抗高温水蒸气氧化行为等.结果 CrAlSi涂层呈致密的柱状晶结构.CrAlSiN涂层结构致密,晶粒尺寸小,接近非晶质地.CrAlSiN涂层与Zr基底之间的结合力(～46 N)高...     

晶粒细化对Cu-Si合金高温氧化行为的影响

采用电弧熔炼(CA)和机械合金化(MA)方法制备了晶粒尺寸差别较大的二元单相Cu-Si合金(CACu-0.6Si和MACu-0.6Si,CACu-3.6Si和MACu-3.6Si),并研究了它们在700和800℃纯O2中的高温氧化行为。用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)及带有能谱的扫描电子显微镜(SEM/EDX)等对合金组织、氧化膜形貌及组成等进行观察和分析。结果表明:2种方法制备的Cu-Si合金氧化后均形成了CuO→Cu2O→Cu2O+SiO2(富SiO2)→内氧化区结构的氧化膜,但未形成连续的SiO2保护膜。2种成分的机械合金化Cu-Si合金的氧化速度小于相同温度下同成分的熔炼Cu-Si合金。     

三相Cu—Ni—30Cr合金高温氧化行为研究

研究了Cr含量相对较高的Cu—Ni—30Cr合金在700℃-800℃，0．1MPa纯氧气中的氧化行为。结果表明：合金氧化动力学较复杂，其瞬时抛物线速率常数随时间而降低，氧化动力学曲线通常不是由单一的抛物线或直线组成而是由几段组成。Cu—Ni—Cr为三相合金，3相的存在增加了合金表面形成Cr2O3氧化膜所需临界浓度，但30at％Cr足以使合金表面形成连续的Cr2O3外氧化膜。氧化膜内层是合金和氧化物相共存的混合区，被氧化的岛状物是由Cr2O3和Cu，Ni组成。这种混合内氧化机制与经典内氧化明显不同。     

Effect of Ternary Elements on the Oxidation Behavior of Aluminized TiAl Alloys

The effects of ternary elements added to TiAl on the coating layer formed by the pack-aluminizing process was studied with respect to oxidation resistance and mechanical properties. All the TiAl specimens, with various amounts of Nb, Cr, Fe, and V, were pack aluminized under identical conditions using a high-activity process. Among the ternary alloying elements tested, Nb showed the best property of the TiAl₃ coating layer formed on the surface and, consequently, the best oxidation resistance. The TiAl₃ coating layer becomes thicker and has a finer grain size as the content of Nb or Cr is increased. Microhardness tests revealed that the addition of Nb or Cr improved the toughness of the coating layer and thus improved the cracking resistance. Cyclic oxidation tests showed that the TiAl₃ coating layer formed on the TiAl alloy has better oxidation resistance with increasing Nb content. The ductility and oxidation resistance of the TiAl₃ coating layers improved with Nb addition, which contributes to the grain refinement of TiAl₃. The Nb present in the TiAl₃ coating layer inhibits grain growth by the solute-drag effect and retards inward diffusion of Al to the TiAl matrix by forming (Nb, Ti)Al₃ precipitates during high-temperature oxidation.     

AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金的高温氧化行为

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼法制备AlCoCrFeNiTi_(0.5)多主元高熵合金,研究合金在800、900、1000和1100℃下的高温氧化行为,采用XRD,SEM及EDS对氧化膜的成分及形貌进行了分析,探索了合金的氧化机制。结果表明,合金的氧化动力学曲线在800和900℃时近似遵循六次方抛物线规律,在1000和1100℃时近似遵循四次方抛物线规律。合金具有优异的抗氧化性,在800、900和1100℃下为抗氧化级别,而在1000℃下为完全抗氧化级别。合金的氧化主要发生在枝晶间和共晶区,呈岛状团聚堆叠生长,1100℃氧化时该区域的氧化物发生明显剥落,氧化产物主要是TiO_2、Fe_2TiO_5和FeCr_2O_4等;而枝晶相的氧化产物较单一,1000℃及以下温度氧化时为弥散分布的Al_2O_3颗粒,1100℃氧化时为致密的Al_2O_3氧化层。高温氧化后,合金基体相结构稳定,未出现软化现象。     

Ti45Al8Nb0.5B0.2C合金的组织及高温氧化行为研究

研究了Ti45Al8Nb0.8B0.2C合金的组织及高温氧化行为。XRD、SEM、TEM及EDS分析表明,合金热等静压后的组织为γ和α2相组成的片层组织,片层团晶粒内部与层片团晶界处存在条状或点状白色相TiB2;高温淬火合金发生α→γm相变,在α+γ两相区时效合金组织由不同取向的细小层片和层片交界处的α2相组成。氧化增重实验及XRD、SEM分析表明,合金在900和1000℃氧化100h,氧化反应常数分别为0.00192和0.31637,幂指数分别为1.1381和2.0076。合金在900℃氧化100h后氧化层厚度大约为4μm,从外到内依次为:不连续的Al2O3层/Al2O3+TiO2混合层/富Nb层/基体。合金在1000℃氧化100h后氧化层厚度大约为5μm,从外到内依次为:TiO2/Al2O3+TiO2/氮化物层/基体。     

锆表面磁过滤阴极真空弧离子镀Cr涂层高温蒸汽氧化行为研究

采用磁过滤阴极真空弧离子镀(FCVAD)技术在纯锆表面制备了厚度约为4 μm的Cr金属层,对比研究了它们在不同温度水蒸汽环境中的氧化行为,并利用XRD、XPS、SEM及EDS分析了 Cr涂层及氧化膜的物相组成、微观结构及成分分布.结果表明,在900、1000和1100℃水蒸汽环境中,镀Cr涂层大幅度降低了锆的氧化速率,...