Zr合金抗氧化腐蚀保护涂层制备及性能研究
发布时间：2021-11-23 04:00
Zr合金由于较低的热中子吸收系数和在辐射条件下较好的韧性等优点,常被用作核燃料的包壳材料。为了进一步提高核电站的安全性,即:当水冷反应堆芯失水条件下,Zr合金包壳也能工作一段时间而不发生致命性损坏,在包壳表面涂覆保护层是一种能够防止该事故的比较可行的方法。目前,Zr合金保护涂层的研究主要为开发抗氧化腐蚀性能较好的材料,如Cr、FeCrAl合金等。然而,对于保护涂层制备方法的研究相对较少,对涂层从基体上开裂剥落的失效机理的研究非常缺乏。深入理解Zr合金保护涂层的失效机理对于涂层的开发具有重要意义。本文对Zr合金保护涂层的材料、制备方法和失效机理进行了研究。通过热喷涂方法和等离子放电烧结方法制备的Cr3C2-NiCr和FeCrAl基合金保护层,对Zr合金保护涂层的失效机理进行了分析,对涂层的结构进行了研究;并设计制备了新型FeCrZr合金作为Zr合金保护材料。根据实验结果,得出如下主要结论:1)通过在Zr基合金表面制备常用的高温抗氧化涂层（如Al、Cr和Ni基合金）和性能测试,发现包埋渗方法会使Zr合金发生严重的氢化脆裂,热喷涂方法和热压方法可以...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属M氧化过程中的自由能变化示例
博士学位论文 为经过氧化时间 t 后的材料质量变化，W0为常数。i，在许多化层的变化遵循抛物线变化规律。该类氧化过程主要由热激活化层的扩散速率控制氧化过程的速率。氧化层的生长速率依通过扩散影响氧化过程，如公式（1-12）所示。ii，如果氧化氧与材料组分的化学反应为氧化过程的控制因素，那么氧化化与氧化层的厚度无关，所形成的氧化膜不具有保护性质，如i，对数型的材料氧化过程常发生在低温形成的氧化膜较薄情况近材料表面，受电场影响。以金属为例，O 原子从金属原子获子和负的 O 离子薄层中产生较大的电场，该电场可以通过氧iv，随着材料氧化过程的进行，氧化层逐渐变厚，氧化层中会力可能是拉应力抑或压应力。当该应力值超过氧化层与基体间时，氧化层会从基体上发生开裂。随着氧化层的开裂，抛物线导致氧化层完全剥落或者直线型的氧化方式。
合金 AB 在空气中的氧化为例，A 元素化学活性较迟钝，B 元，在低氧分压条件下，元素 A 不能形成 AO，元素 B 氧化成 溶解度较低，有两种情况需要考虑：i，当合金中 B 的含量较 BO 分散沉淀于金属相 A 中，如图 1-2（a）所示。由于 B 的BO 的连续氧化层。ii，当合金中 B 的含量较高时，会在金属表薄膜，如图 1-2（b）所示。合金形成连续氧化层薄膜的条件120.3 OxideMetalBOBOVVDDc N中 B 的浓度，NO为合金中 O 的溶解度，DO和 DB分别为 O 和，VMetal和 VOxide分别为消耗的金属体积与所形成的氧化物的以二元合金 AB 在空气中的氧化为例，元素 A 和 B 均为活泼 BO 比 AO 更稳定。i，当 B 在合金中的含量较低时，氧化层组
【参考文献】：
期刊论文
[1]锆合金表面TiAlN和TiAlSiN涂层微观形貌和性能的研究[J]. 周军,樊湘芳,丰振东,胡汝骞,李怀林. 稀有金属与硬质合金. 2017(06)
[2]表面镀Cr膜锆合金的抗高温氧化性能研究[J]. 张文,邱长军,曾小安,王浩然,王晓婧,刘艳红,李怀林. 稀有金属与硬质合金. 2017(06)
[3]锆合金力学性能分析[J]. 窦丽,娟徐,呈唐,颖孙,利元. 科技视界. 2017(35)
[4]Zr4合金表面多弧离子镀TiAlSiN涂层的微观形貌与性能[J]. 周军,樊湘芳,丰振东,胡汝骞. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(05)
[5]锆合金表面氮化与离子镀复合处理及性能研究[J]. 周军,樊湘芳,丰振东,胡汝骞,李涛. 机械工程师. 2017(04)
[6]Zr-4合金表面激光熔覆不同类型TiN粉末的组织与性能[J]. 马建光,朱卫华,朱红梅,廖帮亮,孙楚光,王新林. 金属热处理. 2017(01)
[7]国外锆合金研究发展概况[J]. 杨忠波. 中国核工业. 2016(10)
[8]轻水反应堆（LWR）用包壳材料研究进展[J]. 周军,李中奎. 中国材料进展. 2014(Z1)
[9]核反应堆用锆合金性能分析[J]. 马林生,王快社,岳强,彭胜. 金属世界. 2014(05)
[10]超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层和镍基涂层的组织及电化学特性[J]. 郭稷,李改叶,吴玉萍,秦玉娇,沈伟,钱玲. 理化检验(物理分册). 2014(05)
本文编号：3513082
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属M氧化过程中的自由能变化示例
博士学位论文 为经过氧化时间 t 后的材料质量变化，W0为常数。i，在许多化层的变化遵循抛物线变化规律。该类氧化过程主要由热激活化层的扩散速率控制氧化过程的速率。氧化层的生长速率依通过扩散影响氧化过程，如公式（1-12）所示。ii，如果氧化氧与材料组分的化学反应为氧化过程的控制因素，那么氧化化与氧化层的厚度无关，所形成的氧化膜不具有保护性质，如i，对数型的材料氧化过程常发生在低温形成的氧化膜较薄情况近材料表面，受电场影响。以金属为例，O 原子从金属原子获子和负的 O 离子薄层中产生较大的电场，该电场可以通过氧iv，随着材料氧化过程的进行，氧化层逐渐变厚，氧化层中会力可能是拉应力抑或压应力。当该应力值超过氧化层与基体间时，氧化层会从基体上发生开裂。随着氧化层的开裂，抛物线导致氧化层完全剥落或者直线型的氧化方式。
合金 AB 在空气中的氧化为例，A 元素化学活性较迟钝，B 元，在低氧分压条件下，元素 A 不能形成 AO，元素 B 氧化成 溶解度较低，有两种情况需要考虑：i，当合金中 B 的含量较 BO 分散沉淀于金属相 A 中，如图 1-2（a）所示。由于 B 的BO 的连续氧化层。ii，当合金中 B 的含量较高时，会在金属表薄膜，如图 1-2（b）所示。合金形成连续氧化层薄膜的条件120.3 OxideMetalBOBOVVDDc N中 B 的浓度，NO为合金中 O 的溶解度，DO和 DB分别为 O 和，VMetal和 VOxide分别为消耗的金属体积与所形成的氧化物的以二元合金 AB 在空气中的氧化为例，元素 A 和 B 均为活泼 BO 比 AO 更稳定。i，当 B 在合金中的含量较低时，氧化层组
【参考文献】：
期刊论文
[1]锆合金表面TiAlN和TiAlSiN涂层微观形貌和性能的研究[J]. 周军,樊湘芳,丰振东,胡汝骞,李怀林. 稀有金属与硬质合金. 2017(06)
[2]表面镀Cr膜锆合金的抗高温氧化性能研究[J]. 张文,邱长军,曾小安,王浩然,王晓婧,刘艳红,李怀林. 稀有金属与硬质合金. 2017(06)
[3]锆合金力学性能分析[J]. 窦丽,娟徐,呈唐,颖孙,利元. 科技视界. 2017(35)
[4]Zr4合金表面多弧离子镀TiAlSiN涂层的微观形貌与性能[J]. 周军,樊湘芳,丰振东,胡汝骞. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(05)
[5]锆合金表面氮化与离子镀复合处理及性能研究[J]. 周军,樊湘芳,丰振东,胡汝骞,李涛. 机械工程师. 2017(04)
[6]Zr-4合金表面激光熔覆不同类型TiN粉末的组织与性能[J]. 马建光,朱卫华,朱红梅,廖帮亮,孙楚光,王新林. 金属热处理. 2017(01)
[7]国外锆合金研究发展概况[J]. 杨忠波. 中国核工业. 2016(10)
[8]轻水反应堆（LWR）用包壳材料研究进展[J]. 周军,李中奎. 中国材料进展. 2014(Z1)
[9]核反应堆用锆合金性能分析[J]. 马林生,王快社,岳强,彭胜. 金属世界. 2014(05)
[10]超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层和镍基涂层的组织及电化学特性[J]. 郭稷,李改叶,吴玉萍,秦玉娇,沈伟,钱玲. 理化检验(物理分册). 2014(05)
本文编号：3513082
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