表面納米化對(duì)Zr-4合金腐蝕性能的影響研究.pdf

1、鋯合金熱中子吸收截面小，具有較好的耐腐蝕和高溫力學(xué)性能，而廣泛應(yīng)用于核動(dòng)力反應(yīng)堆中作為燃料包殼材料和堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料。作為反應(yīng)堆安全運(yùn)行的第一道屏障，包殼的內(nèi)壁受到裂變產(chǎn)物的侵蝕，外壁受到高溫高壓水的沖刷和腐蝕、中子輻照損傷及腐蝕吸氫都將導(dǎo)致包殼的力學(xué)性能下降。因此，提高包殼材料的耐腐蝕性能是首要任務(wù)。目前改善包殼的水側(cè)耐蝕性能主要途徑有：成分調(diào)整、組織控制和表面處理。 本文通過對(duì)表面納米組織以及普通粗晶組織Zr-4合金在高壓釜中6

2、73k/10.31MPa條件下進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，并對(duì)基體以及不同腐蝕時(shí)間的氧化膜進(jìn)行透射電鏡、掃描電鏡以及X射線衍射觀察與分析，主要得出以下結(jié)論： 1、經(jīng)高速噴丸處理后的Zr-4合金，通過TEM觀察研究可知其平均晶粒尺寸隨深度呈梯度變化。所得到的樣品按平均晶粒尺寸的大小可分為三層：表層是平均晶粒尺寸為幾納米至十幾納米納米組織結(jié)構(gòu)比較致密和完整的的納米層，其次為晶粒尺寸為幾百納米的過渡層，最后是靠近心部的組織仍保留原來粗晶組織結(jié)構(gòu)的基

3、體層。 2、高壓噴丸技術(shù)使Zr-4合金表面自納米化的晶粒細(xì)化機(jī)理是：在不斷加載的情況下，不同取向的孿晶之間的相互交截作用以及高密度位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致晶粒細(xì)化并獲得納米晶體的主要原因。 3、42天腐蝕試驗(yàn)后的TEM觀察表明，普通粗晶Zr-4合金中ω-Zr層處的腐蝕程度比較嚴(yán)重，而納米組織Zr-4合金中ω-Zr層處的腐蝕情況比較輕微，只有晶界附近被氧化。 4、表面納米化Zr-4合金的腐蝕冪函數(shù)n值比普通Zr-4合金的n

4、值小，說明納米組織Zr-4合金的腐蝕產(chǎn)物更具有保護(hù)性，其抗腐蝕性能優(yōu)于普通Zr-4合金。 5、表面納米組織Zr-4合金的腐蝕速率轉(zhuǎn)變時(shí)間為100天，而普通粗晶Zr-4合金的轉(zhuǎn)變時(shí)間為42天左右，這表明納米化Zr-4合金的腐蝕產(chǎn)物更具有保護(hù)性。 6、利用X射線衍射(XRD)方法計(jì)算分析氧化膜內(nèi)的應(yīng)力大小得出表面納米化Zr-4合金氧化膜內(nèi)存在較大微觀應(yīng)力，而高的壓應(yīng)力有利于t-ZrO2相的穩(wěn)定，延緩相變的進(jìn)行，從而降低腐蝕速