铅冷堆包壳管上SiC多层膜的制备与耐腐蚀性能研究

发布时间：2020-07-02 03:19

【摘要】：15-15Ti钢是铅冷快堆的候选包壳材料,拥有优良的室温强度和耐腐蚀性能,但是如何提高其在反应堆温度和复杂环境的耐腐蚀性能,仍需要开展进一步研究。本文采用磁控溅射方法在15-15Ti钢上制备Si C薄膜(Si C/Al N双层薄膜、Si C/Ti N/Ti三层薄膜和(Si C/Al N)2多层膜),将镀膜前后的15-15Ti钢放在温度500℃、氧浓度10-6 wt.%和10-8 wt.%的静态铅铋合金中腐蚀1000h。利用X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计对镀膜后未腐蚀和腐蚀的样品进行表面结构、形貌与成分分析,研究了镀膜对15-15Ti钢耐铅铋腐蚀性能的影响。实验结果表明:(1)用磁控溅射方法成功地在15-15Ti钢上制备了Si C/Al N双层薄膜、Si C/Ti N/Ti三层薄膜和(Si C/Al N)2多层膜。缓冲层的加入能得到连续致密、结晶度高、膜基结合力好Si C薄膜。Si C/Al N双层薄膜与Si C/Ti N/Ti三层薄膜、(Si C/Al N)2多层膜的硬度分别为12.6Gpa、17.2Gpa和14.5GPa。(2)在500℃、氧浓度10-6 wt.%的铅铋合金溶液中腐蚀1000h后,未镀膜的15-15Ti钢表面出现厚度为1.9um的腐蚀氧化物层,该氧化物外层成分为Fe3O4,内层为Fe-Cr尖晶石氧化物;在500℃、氧浓度10-8 wt.%的铅铋合金溶液中腐蚀1000h后,未镀膜15-15Ti钢表面腐蚀层约为600nm厚,腐蚀产物为Fe-Cr尖晶石氧化物。(3)镀有Si C/Al N双层膜的15-15Ti钢在500℃、氧浓度10-6 wt.%条件下腐蚀1000h后,Si C层被铅铋渗透,但是Al N层没有被铅铋渗透腐蚀;当氧浓度降低为10-8 wt.%时,Si C/Al N双层膜中不仅Si C层出现渗透,Al N层也被铅铋渗透了约100nm左右,但是15-15Ti钢表面没有出现腐蚀氧化物,Si C/Al N双层膜能提高钢的耐腐蚀性能。(4)镀有Si C/Ti N/Ti三层膜的15-15Ti钢,在500℃、氧浓度10-6 wt.%下腐蚀1000h后,Si C层被铅铋渗透,并且缓冲层Ti N薄膜被铅铋渗透200nm左右(Ti N薄膜厚度约300nm),由此可知,Si C/Al N双层薄膜比Si C/Ti N/Ti三层薄膜更能耐液态铅铋合金腐蚀。(5)采用Al N做缓冲层制备(Si C/Al N)2多层薄膜,在相同的实验条件下,耐腐蚀性能优于Si C/Al N双层薄膜,耐腐蚀性能提高。对比三种薄膜耐腐蚀性能得到结论:(Si C/Al N)2多层薄膜Si C/Al N双层薄膜Si C/Ti N/Ti三层膜,且这三种薄膜都对15-15Ti钢有很好的保护性。研究的结果为15-15T钢作为包壳材料和耐铅铋腐蚀性能的改善提供了实验数据和理论分析。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL352.22;TG174.4
【图文】：

图 1.1 钠冷快堆（SFR）示意图Fig1.1 Sodium cold fast reactor (SFR) diagram(LFR) LFR），是指以液态金属铅以及铅基合金为冷却闭式循环方式，可使核燃料燃烧转化的更加有效[9与其它反应堆相比，铅冷快堆具有以下几个优点：的铅基材料俘获界面比较小并且中子慢化能力较能谱而获得优良的中子经济型，核燃料增值、核废的中子来实现，铅基反应堆也可以设计成寿命型堆本和提高了利用效率，也能防止核扩散造成环境危堆中的铅基材料，以铅为基础，加入其他成分形成合低熔点、稳定性高的特性，与水和空气不易发生剧除了反应堆中会发生氢气爆炸的安全隐患，保证了

图 1.2 铅冷快堆（LFR）示意图Fig1.2 Lead cold fast reactor (LFR) diagram临界系统(ADS)是实现核能可持续发展的根本，这个问题是何安全且经济的处理高放废物和废液及其固一向特别关注的重点[13]。加速器驱动次临界的嬗变器，是解决核废物的重要技术方向，个反应堆，这个反应堆有两个作用，首先是素变为（嬗变）非放射性元素，或将长半衰素。另外一个作用就是发电。加速器驱动次速器、外源中子产生靶和次临界反应堆[14]。其生和加速产生高能质子，高速质子流轰击次铅铋合金)，将铅和铋的原子核裂变，产生大生散裂反应。随后这些散裂核子通过核内级

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本文编号：2737666