氢化锆表面溶胶凝胶法制备Zr-Al复合氧化物涂层的性能研究
发布时间：2023-02-03 18:42
氢化锆作为高效的固体慢化剂具有高的氢含量、低的中子捕获截面、负的温度反应性等特点,是理想的空间反应堆中子慢化材料。但在高温服役条件下氢化锆慢化剂容易失氢,导致氢化锆的慢化效率降低,使用寿命缩短。为了确保慢化剂的正常工作,在氢化锆表面制备阻氢涂层是防止氢析出的有效方法。因此,氢化锆慢化剂表面阻氢涂层材料及其制备技术的研究备受关注。开发性能优异的阻氢涂层,对于氢化锆慢化剂的成功应用和空间核反应堆的结构设计均具有重要意义。本文以无机锆盐和异丙醇铝为前驱体,采用溶胶-凝胶技术在氢化锆表面制备了Zr-Al复合氧化物阻氢涂层。研究了Al2O3/ZrO2摩尔分数比、无机锆盐前驱体种类以及前驱体浓度对Zr-Al复合氧化物涂层性能的影响。借助于X射线衍射仪（XRD）、共聚焦显微镜（CLMS）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和真空脱氢试验等分析测试手段对Zr-Al复合氧化物涂层的结构、形貌、厚度以及阻氢性能进行分析和表征。研究取得的主要结果如下:Zr-Al复合氧化物涂层与基体的结合力、涂层厚度和涂层的阻氢性能均随着Al2
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 核反应堆电源在航天领域的应用
1.1.2 氢化锆在核反应电源中的应用
1.2 氢化锆慢化材料
1.2.1 氢化锆的慢化原理简介
1.2.2 氢化锆慢化剂存在的问题
1.3 防氢渗透材料的研究现状
1.3.1 防氢渗透涂层
1.3.2 涂层的阻氢机理
1.4 防氢渗透涂层的制备方法
1.5 研究依据及研究内容
1.5.1 研究依据
1.5.2 研究内容
第二章 试验方法
2.1 试验原料和设备
2.2 Zr-Al复合氧化物涂层的制备
2.2.1 基体预处理
2.2.2 复合溶胶的制备及涂覆
2.2.3 Zr-Al复合氧化物涂层的热处理工艺
2.3 Zr-Al复合氧化物涂层的性能表征
2.3.1 X射线衍射分析
2.3.2 Zr-Al复合氧化物涂层微观形貌分析
2.3.3 Zr-Al复合氧化物涂层厚度分析
2.3.4 Zr-Al复合氧化物涂层与基体的结合力分析
2.3.5 Zr-Al复合氧化物涂层的阻氢性能分析
第三章 Al_2O_3/ZrO_2摩尔分数比对Zr-Al复合氧化物涂层性能的影响
3.1 复合溶胶的制备
3.2 Zr-Al复合氧化物涂层的热处理工艺
3.2.1 复合凝胶的热重-微商热重(TG-DTG)分析
3.2.2 复合涂层的热处理工艺
3.3 Zr-Al复合氧化物涂层性能表征
3.3.1 Zr-Al复合氧化物凝胶的XRD分析
3.3.2 Zr-Al复合氧化物涂层形貌分析
3.3.3 Zr-Al复合氧化物涂层厚度分析
3.3.4 Zr-Al复合氧化物涂层与基体的结合力以及涂层阻氢性能分析
3.4 本章小结
第四章 无机锆盐对Zr-Al复合氧化物涂层性能的影响
4.1 无机锆盐为前驱体的复合溶胶的制备
4.2 无机锆盐为前驱体的Zr-Al复合氧化物涂层的热处理工艺
4.2.1 复合凝胶的热重-差热(TG-DSC)分析
4.2.2 复合涂层的热处理工艺
4.3 Zr-Al复合氧化物涂层性能表征
4.3.1 Zr-Al复合凝胶的XRD分析
4.3.2 Zr-Al复合氧化物涂层的形貌分析
4.3.3 Zr-Al复合氧化物涂层与基体的结合力以及涂层阻氢性能分析
4.4 本章小结
第五章 前驱体浓度对Zr-Al复合氧化物涂层性能的影响
5.1 复合溶胶的制备
5.2 不同前驱体浓度下Zr-Al复合氧化物涂层的热处理工艺
5.3 Zr-Al复合氧化物涂层性能表征
5.3.1 Zr-Al复合凝胶的XRD分析
5.3.2 Zr-Al复合氧化物涂层的形貌分析
5.3.3 Zr-Al复合氧化物涂层阻氢性能与厚度分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
硕士期间发表的论文及获奖情况
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hydrogen permeation resistance and characterization of Si–Al and Si–Zr composite sol oxide coating on surface of zirconium hydride[J]. Ming Wu,Yang Chen,Jia-Qing Peng,Guo-Qing Yan,Yu-Pu Sun,Jian-Dong Zhang,Shun-Li Zhang,Li-Jun Wang. Rare Metals. 2017(01)
[2]氢化锆高温氢释放的阻止方法研究[J]. 马浩然,付晓刚,秦博. 原子能科学技术. 2016(11)
[3]核能发电的优势与发展前景[J]. 汤旸. 科技展望. 2016(28)
[4]氢化锆的使用性能研究现状[J]. 付晓刚. 科技传播. 2016(17)
[5]开发利用空间资源 推动经济社会发展（中）——写在我国第一个航天日到来之际[J]. 刘昊杰,潘晨,紫晓. 中国航天. 2016(05)
[6]微弧氧化制备氧化铝阻氚涂层的研究（英文）[J]. 冯军,但敏,金凡亚,陈美艳,沈丽如,童洪辉,张桂凯. 稀有金属材料与工程. 2016(02)
[7]溶胶-凝胶法制备Al2O3-SiO2-ZrO2薄膜工艺参数探讨[J]. 董旭娟,同帜,崔双科,胡敏盾,邹力. 膜科学与技术. 2015(04)
[8]空间电源系统关键技术分析[J]. 杨波,焦云华. 导航定位与授时. 2015(03)
[9]前驱体溶胶浓度对ZrH2表面膜层性能的影响[J]. 闫国庆,陈伟东,范秀娟,闫淑芳,徐志高. 稀有金属材料与工程. 2015(02)
[10]核热推进反应堆关键技术及其发展[J]. 陈立新,胡攀,王立鹏,江新标. 现代应用物理. 2014(02)
博士论文
[1]氢化锆表面多组元阻氢层制备及阻氢机理研究[D]. 闫国庆.北京有色金属研究总院 2017
硕士论文
[1]TiAlSi（Y）N涂层对钛合金高温氧化腐蚀和力学行为的影响[D]. 王倩.东北大学 2012
[2]CO2反应法制备氢化锆表面阻氢渗透层的研究[D]. 王俐艳.西华大学 2007
[3]氧化锆复合膜的制备与高温稳定性研究[D]. 徐黎明.天津大学 2005
本文编号：3734656
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【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 核反应堆电源在航天领域的应用
1.1.2 氢化锆在核反应电源中的应用
1.2 氢化锆慢化材料
1.2.1 氢化锆的慢化原理简介
1.2.2 氢化锆慢化剂存在的问题
1.3 防氢渗透材料的研究现状
1.3.1 防氢渗透涂层
1.3.2 涂层的阻氢机理
1.4 防氢渗透涂层的制备方法
1.5 研究依据及研究内容
1.5.1 研究依据
1.5.2 研究内容
第二章 试验方法
2.1 试验原料和设备
2.2 Zr-Al复合氧化物涂层的制备
2.2.1 基体预处理
2.2.2 复合溶胶的制备及涂覆
2.2.3 Zr-Al复合氧化物涂层的热处理工艺
2.3 Zr-Al复合氧化物涂层的性能表征
2.3.1 X射线衍射分析
2.3.2 Zr-Al复合氧化物涂层微观形貌分析
2.3.3 Zr-Al复合氧化物涂层厚度分析
2.3.4 Zr-Al复合氧化物涂层与基体的结合力分析
2.3.5 Zr-Al复合氧化物涂层的阻氢性能分析
第三章 Al_2O_3/ZrO_2摩尔分数比对Zr-Al复合氧化物涂层性能的影响
3.1 复合溶胶的制备
3.2 Zr-Al复合氧化物涂层的热处理工艺
3.2.1 复合凝胶的热重-微商热重(TG-DTG)分析
3.2.2 复合涂层的热处理工艺
3.3 Zr-Al复合氧化物涂层性能表征
3.3.1 Zr-Al复合氧化物凝胶的XRD分析
3.3.2 Zr-Al复合氧化物涂层形貌分析
3.3.3 Zr-Al复合氧化物涂层厚度分析
3.3.4 Zr-Al复合氧化物涂层与基体的结合力以及涂层阻氢性能分析
3.4 本章小结
第四章 无机锆盐对Zr-Al复合氧化物涂层性能的影响
4.1 无机锆盐为前驱体的复合溶胶的制备
4.2 无机锆盐为前驱体的Zr-Al复合氧化物涂层的热处理工艺
4.2.1 复合凝胶的热重-差热(TG-DSC)分析
4.2.2 复合涂层的热处理工艺
4.3 Zr-Al复合氧化物涂层性能表征
4.3.1 Zr-Al复合凝胶的XRD分析
4.3.2 Zr-Al复合氧化物涂层的形貌分析
4.3.3 Zr-Al复合氧化物涂层与基体的结合力以及涂层阻氢性能分析
4.4 本章小结
第五章 前驱体浓度对Zr-Al复合氧化物涂层性能的影响
5.1 复合溶胶的制备
5.2 不同前驱体浓度下Zr-Al复合氧化物涂层的热处理工艺
5.3 Zr-Al复合氧化物涂层性能表征
5.3.1 Zr-Al复合凝胶的XRD分析
5.3.2 Zr-Al复合氧化物涂层的形貌分析
5.3.3 Zr-Al复合氧化物涂层阻氢性能与厚度分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
硕士期间发表的论文及获奖情况
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hydrogen permeation resistance and characterization of Si–Al and Si–Zr composite sol oxide coating on surface of zirconium hydride[J]. Ming Wu,Yang Chen,Jia-Qing Peng,Guo-Qing Yan,Yu-Pu Sun,Jian-Dong Zhang,Shun-Li Zhang,Li-Jun Wang. Rare Metals. 2017(01)
[2]氢化锆高温氢释放的阻止方法研究[J]. 马浩然,付晓刚,秦博. 原子能科学技术. 2016(11)
[3]核能发电的优势与发展前景[J]. 汤旸. 科技展望. 2016(28)
[4]氢化锆的使用性能研究现状[J]. 付晓刚. 科技传播. 2016(17)
[5]开发利用空间资源 推动经济社会发展（中）——写在我国第一个航天日到来之际[J]. 刘昊杰,潘晨,紫晓. 中国航天. 2016(05)
[6]微弧氧化制备氧化铝阻氚涂层的研究（英文）[J]. 冯军,但敏,金凡亚,陈美艳,沈丽如,童洪辉,张桂凯. 稀有金属材料与工程. 2016(02)
[7]溶胶-凝胶法制备Al2O3-SiO2-ZrO2薄膜工艺参数探讨[J]. 董旭娟,同帜,崔双科,胡敏盾,邹力. 膜科学与技术. 2015(04)
[8]空间电源系统关键技术分析[J]. 杨波,焦云华. 导航定位与授时. 2015(03)
[9]前驱体溶胶浓度对ZrH2表面膜层性能的影响[J]. 闫国庆,陈伟东,范秀娟,闫淑芳,徐志高. 稀有金属材料与工程. 2015(02)
[10]核热推进反应堆关键技术及其发展[J]. 陈立新,胡攀,王立鹏,江新标. 现代应用物理. 2014(02)
博士论文
[1]氢化锆表面多组元阻氢层制备及阻氢机理研究[D]. 闫国庆.北京有色金属研究总院 2017
硕士论文
[1]TiAlSi（Y）N涂层对钛合金高温氧化腐蚀和力学行为的影响[D]. 王倩.东北大学 2012
[2]CO2反应法制备氢化锆表面阻氢渗透层的研究[D]. 王俐艳.西华大学 2007
[3]氧化锆复合膜的制备与高温稳定性研究[D]. 徐黎明.天津大学 2005
本文编号：3734656
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3734656.html
