Zr-Al与Zr-Fe二元系的扩散行为与力学性能研究

发布时间：2020-05-06 22:52

【摘要】：长期以来,锆合金被用作核用结构材料领域的重要结构材料,因其优异的核材料性能、抗腐蚀性以及力学性能而受到普遍关注。锆合金的稳定性主要取决于其内部扩散变化和微观结构的稳定性,这对核反应堆运行安全性而言极为关键,因此深入研究锆合金的微观结构与力学性能意义重大。本论文主要利用电子探针(EPMA)和纳米力学性能测试仪对Zr-Al和Zr-Fe二元系扩散层进行实测研究,测定并分析二元系的扩散系数与力学性能。本论文主要获得以下结论:(1)对于Zr-Al二元扩散体系,确定了生长层的扩散生长机制主要为扩散控制机制,通过EPMA只能确定一个相的成分ZrA13。ZrA13相的前指因子和激活能分别为2.2×109m2/s和356kJ/mol;ZrA13相的互扩散系数随着温度的增加而增加,在550℃,575℃,600℃,625℃的互扩散系数分别为(1.58±0.73)×10-15 m2/S、(6.76±0.97)×10-15 m2/s、(9.33± 1.00)×10-15 m2/S、(15.87±1.46)×10-15m2/S。(2)测得Zr-Al二元体系中的金属间化合物ZrA13的纳米硬度和杨氏模量分别为 9.88±0.59 GPa 和 121.39± 10.87 GPa。(3)对于Zr-Fe二元扩散体系,出现了 ZrFe2、Zr2Fe、Zr6Fe23三个相,但无法确定相层中析出相的成分。实验结果表明,随着退火温度或锆原子百分比含量的增加,各相的互扩散系数增大,但各相的扩散反应非常慢,互扩散系数很小。ZrFe2、Zr2Fe、Zr6Fe23的激活能分别为289.36 kJ/mol、529.21 kJ/mol、389.14 kJ/mol。(4)对于Zr-Fe二元体系金属间化合物ZrFe2的纳米硬度和杨氏模量分别为21.54±1.25 GPa和273.14±14.75 GPa;Zr2Fe的纳米硬度和杨氏模量分别为 11.87±0.98GPa 和 143.25±11.92GPa。
【图文】：

曲线,距离分布,浓度,曲线

逦（１－８）逡逑Ｖ邋１邋２ｔ（８Ｃ／ｄｘ）ｃ，，ｋ邋ｗ逦ｖ邋》逡逑图１－１是二元扩散偶在扩散区形成的浓度－距离分布曲线。其中，ｆｗｃ在数值上等逡逑Ｊｃ，逡逑于图中方格阴影部分的面积，．相当于在／处的切线斜率。在实验中，扩散偶逡逑的原始界面位置，通常采用惰性扩散标记物标定，这个面称为Ｋｉｒｋｅｎｄａｉｒ面；当丨＞０时，逡逑Ｍａｔａｎｏ面和Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌ面一般是不重合的。同时，体系浓度变化很难达到系统边界，这逡逑就导致在体系边界处，扩散系数的误差很大。逡逑“逦Ｉ逡逑Ｍａｔａｎｏ邋ｐｌａｎｅ邋？邋＿Ｊ＿ｙ逡逑穸一切线逡逑逦逦ｉ逡逑洛逦Ｌ邋＼邋逦逦Ｉｎｉｔｉａｌ邋ｐｌａｎｅ逡逑Ｃ＊＿－……－－ｉｉ逡逑ｉｊ：：邋ｉ逡逑ｃ，邋．－－＾－－－ｘｑｒｒＯｙｌＪｌｊｌ－；逦逡逑？＼逦距离－Ｖ逡逑图１邋－丨Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ－Ｍａｔａｎｏ浓度－距离分布曲线逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｆｉｌｅ邋ｏｆ邋Ｂｏｌｚｍａｎｎ－Ｍａｔａｎｏ逡逑７逡逑

合金相图,扩散偶

文逦Ｚｒ－Ａｌ与Ｚｒ－Ｆｅ二元系的扩指通过将两个金属或合金材料粘合在一起，并在特，最常见于合金相图的测定研究中［５４＇５５］。本实验采二元系的扩散性质和力学性能。采用块状的纯Ｚｒ（９ｅ邋（９９．９９邋ｗｔ．％）作为原材料。将纯Ｚｒ、纯Ａ１和纯Ｆｅｍ规格的长方体，然后使用标准金相抛光技术将长光、超声波清洗、干燥箱烘干等一系列处理，使样纯Ａ１或纯Ｆｅ块体，通过钥制夹具使两者充分接一起，最后将扩散偶放于石英管中充氩气、抽真空局夹具的使用率，在样品和夹具之间垫一■层钼箱。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.414

【参考文献】