控制棒包壳管离子渗氮工艺的研究

发布时间：2017-11-25 00:24

  本文关键词：控制棒包壳管离子渗氮工艺的研究

  更多相关文章： 离子渗氮工艺 微观组织 磨损行为 腐蚀行为

【摘要】：本文对AISI 304L不锈钢在不同温度、不同时间和不同气分比条件下的等离子体渗氮工艺进行了研究。通过X射线衍射(XRD),努氏显微硬度计、光镜和透射电子显微镜(TEM)测试了离子渗氮处理后渗层的析出相、表面微观硬度、厚度和微观组织的变化。结果显示,渗氮温度在400℃以下,渗层为单一的膨胀γN相;渗氮温度在400℃及以上,渗层不仅有膨胀奥氏体相(γN),而且还有Cr的氮化物(CrN和Cr2N)的析出;渗层的表面硬度随着渗氮时间的延长而增加,尤其是当渗氮时间为36 h时,渗层的硬度达到了1600 HK;渗层的厚度随着渗氮温度的升高和渗氮时间的延长而增大。此外,在渗层的顶层表面通过TEM观察到非晶和纳米晶区域。试验详细分析了渗氮处理后的试样在高压釜中的微动磨损性能和垂直粒子冲蚀下的耐冲蚀磨损性能并探讨了磨损机制。等离子渗氮后的试样在高压釜中的耐微动磨损性能有大幅度的提高,并且在高压釜中的磨损率符合一定的规律。离子渗氮处理后的耐冲蚀磨损性能都退化了,除了400℃-6 h处理的试样,其耐磨损性比未处理提高了2倍。值得指出的是,在接近渗层的基体部分的耐蚀磨损性能都有所改善了,这是因为N原子的引入使得压应力增大。当硬度过高,材料脆性增加,反而会降低其疲劳寿命。试验还详细分析了渗氮处理后的试样在模拟乏燃料水池中的耐腐蚀损性能和动电位再活化法下的晶间腐蚀敏感性能并探讨了腐蚀机理。离子渗氮处理后的试样在前三天内的日均腐蚀速率变化很大,说明离子渗氮处理后,试样的耐腐蚀性能都下降了。400℃-24 h离子处理的试样在前三天的日均腐蚀速率是所有渗氮处理试样中最小的,说明其耐腐蚀性能最好。当继续延长腐蚀时间,腐蚀速率有一定的规律可循,渗氮温度越低,渗氮时间越短,试样在模拟乏燃料水池中的腐蚀速率越小,耐腐蚀性能越好。控制渗氮温度和时间为400℃-24 h,改变N和H的比例进行离子渗氮处理,随着氮势的增加,耐腐蚀性能降低。离子渗氮处理后,试样的晶间腐蚀(IGC)敏感性都有不同程度的提高,说明渗氮处理后试样的耐晶间腐蚀敏感性能退化了。通过离子渗氮在渗层的晶界处析出了铬的氮化物(CrN和Cr2N),表面上有纳米晶体产生。使得相邻的区域铬含量由于损耗而降低,导致晶界贫铬,再加上晶粒细化后的晶界密度增加,使得晶粒细化后试样有更长的晶界线和更多的晶界网格。因此,晶界很容易被攻击而发生晶间腐蚀,晶间腐蚀敏感性能提高。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG156.82

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本文编号：1224149