添加Bi对Zr-1Nb合金耐腐蚀性能的影响

发布时间：2021-05-19 21:47

　　由于锆合金具有低的热中子吸收截面、良好的耐腐蚀性能以及力学性能，因此被广泛用于核反应堆中燃料元件的包壳材料。为提高核电的经济性，需要加深核燃料的燃耗，延长换料周期，这就对反应堆包壳材料锆合金的耐腐蚀性能提出了更高的要求。合金化是有效提高锆合金耐腐蚀性能的主要方法之一，Bi作为一种热中子吸收截面低（0.034×10-24cm2），在α-Zr中的溶解度较大，且满足Wagner提出的空位扩散理论的元素，可以作为考虑添加的一种合金元素。本文选用Zr-1Nb合金作为研究对象，在此基础上添加少量B（i0.05%⁰.3%）制成含Bi的Zr-1Nb-xBi合金。用静态高压釜腐蚀实验研究了它们在400℃/10.3MPa过热蒸汽、360℃/18.6MPa去离子水中的腐蚀行为，同时通过缩短腐蚀过程中开釜周期的方法研究了Zr-Nb系列合金在360℃/18.6MPa/0.01M LiOH水溶液中腐蚀前期的行为；运用FIB、SEM、TEM、EDS等制样和观察手段研究了合金的显微组织和氧化膜的内表面、外表面及断口形貌，以及氧化膜横截面的显微组织和第二相在氧化膜中的氧化行为，认识了添加不同Bi含... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
    1.1 核电的发展
    1.2 锆合金在核电中的应用
    1.3 锆合金的研究现状
    1.4 合金元素对锆合金耐腐蚀性能的影响
        1.4.1 合金元素对 Zr-Sn 系合金耐腐蚀性能的影响
        1.4.2 合金元素对 Zr-Nb 系合金耐腐蚀性能的影响
        1.4.3 合金元素对 Zr-Sn-Nb 系合金耐腐蚀性能的影响
    1.5 水化学条件对锆合金耐腐蚀性能的影响
    1.6 研究的意义和内容
第二章 研究方法
    2.1 实验材料
    2.2 腐蚀样品制备
    2.3 高压釜腐蚀实验
    2.4 显微组织观察分析
        2.4.1 合金的显微组织观察
        2.4.2 氧化膜的显微组织观察
    2.5 仪器设备
    2.6 数据及图像处理软件
第三章 Zr-1Nb-xBi 合金的显微组织
    3.1 引言
    3.2 合金的显微组织
    3.3 本章小结
第四章 Zr-1Nb-xBi 合金在 360 ℃/18.6 MPa 去离子水中的耐腐蚀性能
    4.1 引言
    4.2 腐蚀行为
    4.3 氧化膜显微组织
        4.3.1 氧化膜的外表面形貌
        4.3.2 氧化膜的断口形貌
        4.3.3 氧化膜的内表面形貌
    4.4 氧化膜横截面显微组织及第二相的氧化行为
        4.4.1 氧化膜横截面的显微组织
        4.4.2 ZrNbFe 型第二相的氧化过程
        4.4.3 柱状晶区域中β-Nb 第二相的氧化
        4.4.4 等轴晶区域中β-Nb 第二相的氧化
    4.5 添加 Bi 影响合金耐腐蚀性能的原因探讨
        4.5.1 添加 Bi 对氧化膜显微组织演化的影响
        4.5.2 添加 Bi 对第二相氧化的影响
    4.6 结论
第五章 Zr-1Nb-xBi 合金在 400 ℃/10.3 MPa 过热蒸气中的耐腐蚀性能
    5.1 引言
    5.2 腐蚀行为
    5.3 氧化膜显微组织
        5.3.1 氧化膜的外表面形貌
        5.3.2 氧化膜的断口形貌
        5.3.3 氧化膜的内表面形貌
    5.4 分析讨论
        5.4.1 添加 Bi 影响合金耐腐蚀性能的原因
        5.4.2 水化学条件对 Zr-1Nb-xBi 合金耐腐蚀性能的影响
    5.5 结论
第六章 Zr-1Nb-xBi合金在360℃/18.6MPa/ 0.01 M LiOH水溶液中的耐腐蚀性能
    6.1 引言
    6.2 腐蚀行为
    6.3 氧化膜显微组织
        6.3.1 氧化膜的外表面形貌
        6.3.2 氧化膜的断口形貌
        6.3.3 氧化膜的内表面形貌
    6.4 氧化膜横截面显微组织及第二相的氧化行为
        6.4.1 氧化膜横截面显微组织结构
        6.4.2 氧化膜内层β-Nb 第二相的氧化
        6.4.3 氧化膜中间层β-Nb 第二相的氧化
    6.5 分析讨论
        6.5.1 腐蚀方式改善 Zr-Nb 系合金耐腐蚀性能的原因
        6.5.2 合金元素对耐腐蚀性能的影响
    6.6 结论
第七章 结论与展望
    7.1 本文主要结论
    7.2 本研究工作的创新点
    7.3 今后的工作与展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
作者在攻读硕士学位期间所参与的科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]添加Bi对Zr-4合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响[J]. 姚美意,邹玲红,谢兴飞,张金龙,彭剑超,周邦新.  金属学报. 2012(09)
[2]Zr-2.5Nb合金中β-Nb相的氧化过程[J]. 李强,梁雪,彭剑超,刘仁多,余康,周邦新.  金属学报. 2011(07)
[3]添加Cu对M5合金在500℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响[J]. 李士炉,姚美意,张欣,耿建桥,彭剑超,周邦新.  金属学报. 2011(02)
[4]Zr-4合金表面氧化膜的电化学阻抗谱特征[J]. 钟祥玉,杨波,李谋成,姚美意,周邦新,沈嘉年.  稀有金属材料与工程. 2010(12)
[5]Zr-4合金氧化膜的显微组织研究[J]. 周邦新,李强,姚美意,刘文庆,褚于良.  腐蚀与防护. 2009(09)
[6]发展低碳经济,关键在于低碳技术创新[J]. 何建坤.  绿叶. 2009(01)
[7]热处理制度对Zr-Sn-Nb锆合金氧化膜结构的影响[J]. 刘文庆,耿迅,刘庆冬,李强,姚美意,周邦新.  稀有金属材料与工程. 2008(03)
[8]热处理对Zr-4合金在360℃ LiOH水溶液中腐蚀行为的影响[J]. 姚美意,周邦新,李强,刘文庆,虞伟均,褚于良.  稀有金属材料与工程. 2007(11)
[9]Zr-Sn-Nb合金耐疖状腐蚀性能的研究[J]. 周邦新,姚美意,李强,夏爽,刘文庆,褚于良.  稀有金属材料与工程. 2007(08)
[10]热处理影响Zr-4合金耐疖状腐蚀性能的机制[J]. 周邦新,李强,姚美意,夏爽,刘文庆,褚于良.  稀有金属材料与工程. 2007(07)



本文编号：3196494