强流脉冲电子束作用下Zr-4及N18合金表面辐照及表面Cu合金化研究

发布时间：2023-04-01 23:20

　　因具有突出的核性能,锆合金被广泛用作水冷动力堆的燃料元件包壳及堆芯结构材料等。随着社会和经济的不断发展,为不断满足核电更安全、更可靠、更高效、更经济的发展需求,特别是在日本福岛核事故发生后,世界各国研究人员都在努力地通过各种手段不断提升各类锆合金的表面综合性能,尤其是耐高温腐蚀性能,以期降低相关组件的失效概率,延长服役寿命。累积研究结果表明,强流脉冲电子束(HCPEB)表面辐照及表面合金化在一定条件下是改善金属材料表面硬度、耐磨及耐蚀等性能的简单却又极为有效的方法。然国内外对于HCPEB作用下锆合金表面辐照改性的研究却还很少,表面合金化这一块更几乎是空白。鉴于此,本文分别以Zr-4合金及N18合金为研究对象,利用HCPEB装置分别对二者进行直接表面辐照处理及表面Cu合金化处理。之后,使用各种表征手段对改性前后样品表层的微观结构、硬度应力以及高温高压腐蚀测试后样品表层氧化膜的微观结构进行了详细的表征和分析。最终总结出了表层微观结构与性能间的内在联系。主要研究成果如下:HCPEB表面辐照后,Zr-4及N18合金表层均发生重熔,表层中的Al、Co、Mg等杂质元素随“火山坑”状熔坑的喷发而被不...

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 核能发电的意义和发展现状
    1.2 锆合金在核电中的应用及研究进展
    1.3 锆合金的腐蚀行为
        1.3.1 均匀腐蚀
        1.3.2 疖状腐蚀
        1.3.3 合金元素对腐蚀行为的影响
        1.3.4 水化学条件对腐蚀行为的影响
    1.4 锆合金表面改性技术研究进展
    1.5 HCEPB表面改性技术
        1.5.1 HCPEB表面改性原理及典型特征
        1.5.2 HCPEB表面合金化原理及研究现状
    1.6 本文的选题依据和主要研究内容
        1.6.1 选题依据
        1.6.2 主要研究内容
第2章 实验材料、设备及研究方法
    2.1 实验材料及原始样品的制备
    2.2 HCPEB设备及辐照工艺参数
    2.3 合金化前样品表面Cu膜的制备
    2.4 微观结构表征方法
        2.4.1 X射线衍射仪
        2.4.2 光学显微镜
        2.4.3 扫描电子显微镜
        2.4.4 透射电子显微镜
    2.5 性能测试方法
        2.5.1 纳米压痕测试
        2.5.2 高温高压耐蚀性能测试
第3章 HCPEB辐照前后Zr-4及N18 合金的表面微观结构及硬度与应力研究
    3.1 引言
    3.2 结果分析与讨论
        3.2.1 XRD分析
        3.2.2 表面SEM形貌分析
        3.2.3 横截面SEM形貌分析
        3.2.4 TEM分析
        3.2.5 表层硬度及应力分析
    3.3 本章小结
第4章 HCPEB辐照前后Zr-4及N18 合金的表面腐蚀行为研究
    4.1 引言
    4.2 结果分析
        4.2.1 腐蚀增厚
        4.2.2 氧化膜表面SEM形貌
        4.2.3 氧化膜横断面SEM形貌
        4.2.4 氧化膜横断面TEM观察
        4.2.5 GIXRD分析
    4.3 讨论
    4.4 本章小结
第5章 HCPEB作用下Zr-4及N18 合金表面Cu合金化后的微观结构及硬度研究
    5.1 引言
    5.2 结果分析与讨论
        5.2.1 XRD分析
        5.2.2 表面SEM形貌分析
        5.2.3 横截面SEM形貌分析
        5.2.4 TEM分析
        5.2.5 表层硬度分析
    5.3 本章小结
第6章 HCPEB作用下Zr-4及N18 合金表面Cu合金化后的腐蚀行为研究
    6.1 引言
    6.2 结果分析
        6.2.1 腐蚀增厚
        6.2.2 氧化膜表面SEM形貌
        6.2.3 氧化膜横断面SEM形貌
        6.2.4 氧化膜横断面TEM观察
        6.2.5 GIXRD分析
    6.3 讨论
    6.4 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
攻博期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3778059