新锆合金氧化膜微观组织结构的研究

研究了氧化膜的微观组织结构,研究结果表明,对采用不同热处理的两种新锆合金,无论从内到外,氧化膜结构均极为相似;不同热处理对氧化膜结构影响在于是否有第二相易于嵌入ZrO2中,累计退火参数值越高,嵌入可能性大;该嵌入的沉淀相促进氧化膜化膜从其它结构到单斜结构的转变,残留于原金属晶界处的第二相促使晶界开裂。靠近氧化膜金属基体氧化膜内表面观察表明,氧化膜生长是不均匀的,呈菜花状;腐蚀速率越高,菜花尺寸越大,凸起越严重。本研究说明,采用低温加工工艺获得尺寸较小的沉淀相是合金耐蚀性能改善的基本途径。     

Cr对Zr-0.3Cu合金在360 ℃/18.6 MPa/0.01 M LiOH水溶液中腐蚀行为的影响

通过制备Zr-0.3Cu-xCr(x=0.2,0.5,1.0,%,质量分数,下同)合金,并在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中进行高压釜腐蚀实验,研究了Cr对Zr-0.3Cu合金腐蚀行为的影响。结果表明,随Cr含量增加,Zr-0.3Cu-xCr中的ZrCr₂第二相数量增多,而Zr₂Cu第二相数量无明显变化。在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中,Zr-0.3Cu-0.2Cr合金的耐腐蚀性能较好,可能与氧化膜/基体界面较厚的ZrO过渡层和基体内较少的第二相有关。然而,当Cr含量超过0.5%时,由于合金中第二相数量增多,氧化时产生的缺陷较多,Zr-0.3Cu-xCr合金腐蚀加剧。     

压水堆燃料包壳锆合金中第二相腐蚀行为研究进展

锆合金是目前唯一大规模商用的压水堆燃料包壳材料,其耐水侧腐蚀性能是影响核反应堆安全性与经济性的重要因素。微量合金元素(Fe、Nb等)主要以第二相的形式弥散分布在锆合金基体中,但可对锆合金的腐蚀行为产生显著影响。本文比较了不同锆合金中第二相的差异,综述了锆合金中典型第二相的腐蚀行为及其影响因素。分别比较了二元及三元第二相中主要合金元素Fe和Nb的腐蚀过程,总结了不同水化学条件下第二相腐蚀产物的差异及其对锆合金基体腐蚀行为的影响,并指出当前针对第二相腐蚀行为研究中存在的不足。最后,对锆合金第二相腐蚀行为研究趋势进行了展望,先进微观表征手段可进一步完善含Fe、Nb元素第二相的腐蚀机理研究,将为提高我国新型锆合金包壳材料的耐腐蚀性能提供理论参考。     

Sn含量对Zr-Sn-0.2Fe-0.1Cr合金高温蒸气氧化行为的影响

锆合金的高温蒸气氧化行为是失水事故下需要重点关注的问题之一。为了研究Sn对锆合金高温蒸气氧化行为的影响,开展了不同Sn含量的SH12(Zr-0.75Sn-0.2Fe-0.1Cr,质量分数,%)和Zr-4(Zr-1.5Sn-0.2Fe-0.1Cr)合金在模拟失水事故工况下1000、1050、1100和1200℃的高温蒸气氧化试验。采用光学显微镜、电子探针、显微硬度计分析了氧化样品的显微组织以及氧化前后样品的显微硬度。结果表明：低Sn的SH12比高Sn的Zr-4合金的抗高温蒸气氧化性能更好,这说明降低Sn含量可以改善锆合金的抗高温蒸气氧化性能。氧化前,SH12合金的显微硬度低于Zr-4合金,而氧化后SH12合金基体的显微硬度明显高于Zr-4合金,与氧化后SH12合金基体中的氧含量高于Zr-4合金的结果相吻合,这说明Sn有抑制氧在Zr基体中扩散的作用。通过第一性原理计算,发现Sn容易与O结合,从而抑制了O在锆基体中的扩散,这合理解释了氧化后SH12合金中的氧含量比Zr-4合金高的原因。     

锆合金激光熔覆镍基复合层微观组织及界面特征

以Ni35自熔性合金粉末为熔覆材料,采用激光熔覆技术在锆合金表面原位生成了NiZr₂/陶瓷增强镍基涂层.利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等对熔覆界面附近的微观组织、物相组成及界面结合特征进行分析.结果表明,熔覆层基体组织为NiZr+Ni₁₀Zr₇,增强相NiZr₂以细针状均匀分布在熔覆层上部和底部,块状及棒状的陶瓷相Zr₅（Si_xNi_1-x）₄/Zr（Si_xNi_1-x）分布在熔覆层中部,熔覆层与基体间实现良好的熔焊冶金结合,界面结合区组织不均匀,分布有等轴状NiZr及晶间的α-Zr,熔覆层的显微硬度分布均匀,平均值约为1 100 Hv.     

锆元素对Zn-15Al钎料组织和性能的影响

通过扫描电镜、X射线衍射和纳米压痕等方法研究了微量Zr元素对铝合金/不锈钢异种金属钎焊用Zn-15Al钎料显微组织和性能的影响.结果表明,微量Zr元素的添加对钎料的熔点没有明显影响.Zr元素对Zn-15Al钎料基体中η-Zn相有明显细化作用,当Zr元素的质量分数为0.2%时,细化效果最佳;Zr元素的添加量过多时,钎料中形成块状的Al₂ZnZr化合物.当Zr元素的质量分数为0.2%时,Zn-15Al-0.2Zr钎料在不锈钢和铝合金母材上的铺展面积较Zn-15Al钎料分别提高了15.9%和10.2%,钎焊接头抗剪强度达到最大值143 MPa.Zn-15Al,Zn-15Al-0.2Zr,Zn-15Al-0.3Zr 3种钎料的蠕变应力指数分别为6.64,7.35,8.07.     

碳钢硅-锆复合预处理工艺研究

目的为解决传统预处理工艺能耗高、环境污染严重的问题,在前期研制的硅烷化和锆化配方的基础上,进一步调整工艺参数,探索将硅烷化和锆化工艺合二为一,优化出性能优良的硅-锆金属预处理工艺。方法通过硫酸铜点滴实验、盐水浸泡实验、电化学极化曲线法测试转化膜的耐蚀性能,采用拉开法测试涂层在金属表面的附着力。使用SEM对转化膜的微观形貌进行表征。结果硅锆处理的最佳工艺参数为:pH=3.5,处理温度20℃,处理时间10 min。极化曲线测试结果表明,经硅锆处理后的碳钢腐蚀电流密度为未处理的1/40,膜层耐蚀性能良好。拉开法测得涂层在基体上的附着力达到11.48 MPa,完全满足一般预处理工艺要求。微观形貌分析显示,硅锆膜属于纳米级无定形型转化膜,膜层均匀、致密,能为金属表面提供有效防护。结论通过调整工艺参数,将硅烷化处理和锆化处理合二为一,获得性能优良的硅-锆复合膜。转化膜的耐蚀性能优良,与涂层附着力良好,满足预处理工艺要求。     

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。     

SPD技术对锆及锆合金力学行为影响研究现状

综述了锆及锆合金剧烈塑性变形(SPD)后性能变化的研究进展,系统阐述了锆及锆合金经剧烈塑性变形后显微硬度、拉伸/压缩性能、高低周疲劳性能,重点介绍了SPD技术在纯锆、Zr-Nb系合金中的应用。经过剧烈塑性变形后,锆及锆合金的抗拉强度及屈服强度均显著提升,但依据剧烈塑性成形轨迹、合金成分、第二相分布、热处理制度不同,其提升程度存在一定的差别。位错滑移是锆及锆合金高周疲劳的主要损伤机制,位错运动(包括位错滑移及位错攀移)是锆及锆合金低周疲劳的主要损伤机制。文章最后指出现阶段锆及锆合金SPD技术的发展趋势及应用前景。     

锆-钛-钢复合板界面损伤机理及表面耐腐蚀性能

运用内聚力模型研究了锆-钛-钢复合板在粘结试验中的界面损伤过程,并利用扫描电子显微镜分析了界面断裂机理。运用正交试验研究了不同热处理工艺条件下的表面耐腐蚀性能,分析了保温温度、保温时间和升降温速率对粘结性能的影响。结果表明,I型裂纹加载下,界面损伤由内壁处开始,并逐渐发展至整个界面。界面整体属于脆性断裂,而波峰与波谷的过渡斜面则为混合断裂。腐蚀试验的塔菲尔极化曲线研究结果表明,锆覆层在HCl溶液中以点腐蚀为主,而在HAc溶液中以均匀腐蚀为主。爆炸焊接后,锆复合板的耐点腐蚀性能低于纯锆材料,并且保温温度越高,保温时间越长,耐腐蚀性能下降越明显。