铀铌合金中显微组织对电化学和氢化腐蚀行为的影响研究
发布时间：2020-12-09 12:39
铀是核工业领域中非常重要的金属材料,但铀在氧气、氢化或潮湿空气等环境介质中极易发生腐蚀,铀材料的腐蚀与防腐蚀一直以来都是核材料研究者关注的热点和重点。采用铌元素合金化后通过淬火处理可以获得铌均匀分布的马氏体铀铌合金,该合金具有优异的抗氧化性能和高密度特性,广泛地应用于核工业中。但是,根据铀铌二元相图,铀铌合金的马氏体为亚稳态组织,在受热情况下会发生铌的再分配进而转变为包含贫铌相和富铌相的平衡珠光体组织,最终导致合金腐蚀性能下降。铌元素与环境杂质碳具有极强的亲和力,合金化过程中容易形成夹杂物存在于马氏体或者珠光体组织中。当前,对于显微组织影响铀铌合金腐蚀性能的微观材料学机制仍然缺乏系统的认识。本文以U2Nb和U5.5Nb合金为研究对象,分别对其马氏体组织和珠光体组织在电解质溶液和氢气氛下的腐蚀行为进行了研究,根据实验结果讨论了这两种不同显微组织影响腐蚀性能的微观机理。该研究既可以完善对铀铌合金腐蚀机制方面的认识,也可以为合金部件性能评估和预测提供一定的参考。本文获得的研究结果如下:（1）马氏体组织铀铌合金的表面电位随铌含量的增加近似成双段线性增加:当铌含量小于1.14wt%时,铀铌合金的...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１铀及铀合金腐蚀过程屮的影响因素??
?铀铌合金中显微组织对电化学和氢化腐蚀行为的影响研究???表现出各向异性，比如图１．２所示的杨氏模量在ｄ平面和＾平面内的各向异性分布，??以及热膨胀系数在ａ?（３４Ｋ—１）、６?（－１２Ｋ：１）、ｃ?（３．２ｘＵ）＿５Ｋ；１）三个方向的显著差异［５９］。??▲爲我?ｊ??图１．１?ａ－Ｕ的原子排列结构［１９＆６１５??ｐＨ＇?７Ｎ?７Ｔｌ?－??ｖＪ??Ｙｏｕｎｇ＇ｓ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｎ?ｉ＼＼）?ｐｌａｎｓ?、．＇；ｎ：卜…：－：！：．丨，．＇．．．＇「卜＂、?丫ｏｕｒｇ＇ｗ．丨卞ｉｉ：．：；?？■?ｗ！ａ；、，??图１．２?ａ－Ｕ的杨氏模量空间分布［６０’６２］??从化学的角度看，复杂的核外电子分布状态决定了铀是活性极高的金属［６３］。在室温??下的干燥或潮湿大气中，铀表面会很快形成薄的１１０２钝化层；铀粉末极易自燃，块体铀??在７００°Ｃ以上的大气中也可持续燃烧生成Ｕ３〇８［６４］；在水溶液中，铀可以形成三价Ｕ３＋、??四价Ｕ４＇五价ｕｏ２＋和六价Ｕ０２２＋，其中Ｕ３＋和Ｕ０２＋为不稳定离子，Ｕ３＋会在水中会发??生分解产生氢气、Ｕ０２＋会歧化成四价或者六价铀酰离子［６５］。此外，铀－水反应生成的氢??和环境中的氢也极易与铀金属发生反应［１８，６６］，且同样温度和压力下的铀－氢反应速率比铀??－氧反应更快（约４倍）［１７］。??综合来看，铀金属的性能还不能很好地满足核工业中的实际应用需求。从２０世纪??４０年代开始，美国核工业领域的冶金学者和工程技术人员即已开始铀的合金化研究［５１］，??以期改善铀的力学和腐蚀性能。但是，同样因为独特的核外电子排布特征，铀与大多数??金属元素在合金化过程中会
?铀铌合金中显微组织对电化学和氢化腐蚀行为的影响研究???表现出各向异性，比如图１．２所示的杨氏模量在ｄ平面和＾平面内的各向异性分布，??以及热膨胀系数在ａ?（３４Ｋ—１）、６?（－１２Ｋ：１）、ｃ?（３．２ｘＵ）＿５Ｋ；１）三个方向的显著差异［５９］。??▲爲我?ｊ??图１．１?ａ－Ｕ的原子排列结构［１９＆６１５??ｐＨ＇?７Ｎ?７Ｔｌ?－??ｖＪ??Ｙｏｕｎｇ＇ｓ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｎ?ｉ＼＼）?ｐｌａｎｓ?、．＇；ｎ：卜…：－：！：．丨，．＇．．．＇「卜＂、?丫ｏｕｒｇ＇ｗ．丨卞ｉｉ：．：；?？■?ｗ！ａ；、，??图１．２?ａ－Ｕ的杨氏模量空间分布［６０’６２］??从化学的角度看，复杂的核外电子分布状态决定了铀是活性极高的金属［６３］。在室温??下的干燥或潮湿大气中，铀表面会很快形成薄的１１０２钝化层；铀粉末极易自燃，块体铀??在７００°Ｃ以上的大气中也可持续燃烧生成Ｕ３〇８［６４］；在水溶液中，铀可以形成三价Ｕ３＋、??四价Ｕ４＇五价ｕｏ２＋和六价Ｕ０２２＋，其中Ｕ３＋和Ｕ０２＋为不稳定离子，Ｕ３＋会在水中会发??生分解产生氢气、Ｕ０２＋会歧化成四价或者六价铀酰离子［６５］。此外，铀－水反应生成的氢??和环境中的氢也极易与铀金属发生反应［１８，６６］，且同样温度和压力下的铀－氢反应速率比铀??－氧反应更快（约４倍）［１７］。??综合来看，铀金属的性能还不能很好地满足核工业中的实际应用需求。从２０世纪??４０年代开始，美国核工业领域的冶金学者和工程技术人员即已开始铀的合金化研究［５１］，??以期改善铀的力学和腐蚀性能。但是，同样因为独特的核外电子排布特征，铀与大多数??金属元素在合金化过程中会
【参考文献】：
期刊论文
[1]超导射频腔用铌材的表面化学抛光技术[J]. 陈向林,唐县娥,法涛,邹东利,白彬,蒙大桥. 稀有金属材料与工程. 2018(08)
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博士论文
[1]U-0.79wt.%Ti合金在特定环境中的腐蚀行为研究[D]. 蔡定洲.中国工程物理研究院 2017
[2]时效对U-5.8wt.%Nb合金结构和力学性能的影响研究[D]. 张延志.中国工程物理研究院 2015
[3]U-2.5wt%Nb合金的氢蚀及其对力学性能影响[D]. 李瑞文.中国工程物理研究院 2009
[4]U-2.5wt%Nb合金的氧化动力学与环境气氛腐蚀对力学性能的影响研究[D]. 杨江荣.中国工程物理研究院 2007
硕士论文
[1]铀铌合金表面氧化行为的电子能量损失谱研究[D]. 陆雷.中国工程物理研究院北京研究生部 2003
本文编号：2906875
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１铀及铀合金腐蚀过程屮的影响因素??
?铀铌合金中显微组织对电化学和氢化腐蚀行为的影响研究???表现出各向异性，比如图１．２所示的杨氏模量在ｄ平面和＾平面内的各向异性分布，??以及热膨胀系数在ａ?（３４Ｋ—１）、６?（－１２Ｋ：１）、ｃ?（３．２ｘＵ）＿５Ｋ；１）三个方向的显著差异［５９］。??▲爲我?ｊ??图１．１?ａ－Ｕ的原子排列结构［１９＆６１５??ｐＨ＇?７Ｎ?７Ｔｌ?－??ｖＪ??Ｙｏｕｎｇ＇ｓ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｎ?ｉ＼＼）?ｐｌａｎｓ?、．＇；ｎ：卜…：－：！：．丨，．＇．．．＇「卜＂、?丫ｏｕｒｇ＇ｗ．丨卞ｉｉ：．：；?？■?ｗ！ａ；、，??图１．２?ａ－Ｕ的杨氏模量空间分布［６０’６２］??从化学的角度看，复杂的核外电子分布状态决定了铀是活性极高的金属［６３］。在室温??下的干燥或潮湿大气中，铀表面会很快形成薄的１１０２钝化层；铀粉末极易自燃，块体铀??在７００°Ｃ以上的大气中也可持续燃烧生成Ｕ３〇８［６４］；在水溶液中，铀可以形成三价Ｕ３＋、??四价Ｕ４＇五价ｕｏ２＋和六价Ｕ０２２＋，其中Ｕ３＋和Ｕ０２＋为不稳定离子，Ｕ３＋会在水中会发??生分解产生氢气、Ｕ０２＋会歧化成四价或者六价铀酰离子［６５］。此外，铀－水反应生成的氢??和环境中的氢也极易与铀金属发生反应［１８，６６］，且同样温度和压力下的铀－氢反应速率比铀??－氧反应更快（约４倍）［１７］。??综合来看，铀金属的性能还不能很好地满足核工业中的实际应用需求。从２０世纪??４０年代开始，美国核工业领域的冶金学者和工程技术人员即已开始铀的合金化研究［５１］，??以期改善铀的力学和腐蚀性能。但是，同样因为独特的核外电子排布特征，铀与大多数??金属元素在合金化过程中会
?铀铌合金中显微组织对电化学和氢化腐蚀行为的影响研究???表现出各向异性，比如图１．２所示的杨氏模量在ｄ平面和＾平面内的各向异性分布，??以及热膨胀系数在ａ?（３４Ｋ—１）、６?（－１２Ｋ：１）、ｃ?（３．２ｘＵ）＿５Ｋ；１）三个方向的显著差异［５９］。??▲爲我?ｊ??图１．１?ａ－Ｕ的原子排列结构［１９＆６１５??ｐＨ＇?７Ｎ?７Ｔｌ?－??ｖＪ??Ｙｏｕｎｇ＇ｓ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｎ?ｉ＼＼）?ｐｌａｎｓ?、．＇；ｎ：卜…：－：！：．丨，．＇．．．＇「卜＂、?丫ｏｕｒｇ＇ｗ．丨卞ｉｉ：．：；?？■?ｗ！ａ；、，??图１．２?ａ－Ｕ的杨氏模量空间分布［６０’６２］??从化学的角度看，复杂的核外电子分布状态决定了铀是活性极高的金属［６３］。在室温??下的干燥或潮湿大气中，铀表面会很快形成薄的１１０２钝化层；铀粉末极易自燃，块体铀??在７００°Ｃ以上的大气中也可持续燃烧生成Ｕ３〇８［６４］；在水溶液中，铀可以形成三价Ｕ３＋、??四价Ｕ４＇五价ｕｏ２＋和六价Ｕ０２２＋，其中Ｕ３＋和Ｕ０２＋为不稳定离子，Ｕ３＋会在水中会发??生分解产生氢气、Ｕ０２＋会歧化成四价或者六价铀酰离子［６５］。此外，铀－水反应生成的氢??和环境中的氢也极易与铀金属发生反应［１８，６６］，且同样温度和压力下的铀－氢反应速率比铀??－氧反应更快（约４倍）［１７］。??综合来看，铀金属的性能还不能很好地满足核工业中的实际应用需求。从２０世纪??４０年代开始，美国核工业领域的冶金学者和工程技术人员即已开始铀的合金化研究［５１］，??以期改善铀的力学和腐蚀性能。但是，同样因为独特的核外电子排布特征，铀与大多数??金属元素在合金化过程中会
【参考文献】：
期刊论文
[1]超导射频腔用铌材的表面化学抛光技术[J]. 陈向林,唐县娥,法涛,邹东利,白彬,蒙大桥. 稀有金属材料与工程. 2018(08)
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博士论文
[1]U-0.79wt.%Ti合金在特定环境中的腐蚀行为研究[D]. 蔡定洲.中国工程物理研究院 2017
[2]时效对U-5.8wt.%Nb合金结构和力学性能的影响研究[D]. 张延志.中国工程物理研究院 2015
[3]U-2.5wt%Nb合金的氢蚀及其对力学性能影响[D]. 李瑞文.中国工程物理研究院 2009
[4]U-2.5wt%Nb合金的氧化动力学与环境气氛腐蚀对力学性能的影响研究[D]. 杨江荣.中国工程物理研究院 2007
硕士论文
[1]铀铌合金表面氧化行为的电子能量损失谱研究[D]. 陆雷.中国工程物理研究院北京研究生部 2003
本文编号：2906875
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