鈾鈮合金中顯微組織對電化學和氫化腐蝕行為的影響研究
發(fā)布時間：2020-12-09 12:39
鈾是核工業(yè)領域中非常重要的金屬材料,但鈾在氧氣、氫化或潮濕空氣等環(huán)境介質中極易發(fā)生腐蝕,鈾材料的腐蝕與防腐蝕一直以來都是核材料研究者關注的熱點和重點。采用鈮元素合金化后通過淬火處理可以獲得鈮均勻分布的馬氏體鈾鈮合金,該合金具有優(yōu)異的抗氧化性能和高密度特性,廣泛地應用于核工業(yè)中。但是,根據(jù)鈾鈮二元相圖,鈾鈮合金的馬氏體為亞穩(wěn)態(tài)組織,在受熱情況下會發(fā)生鈮的再分配進而轉變?yōu)榘氣壪嗪透烩壪嗟钠胶庵楣怏w組織,最終導致合金腐蝕性能下降。鈮元素與環(huán)境雜質碳具有極強的親和力,合金化過程中容易形成夾雜物存在于馬氏體或者珠光體組織中。當前,對于顯微組織影響鈾鈮合金腐蝕性能的微觀材料學機制仍然缺乏系統(tǒng)的認識。本文以U2Nb和U5.5Nb合金為研究對象,分別對其馬氏體組織和珠光體組織在電解質溶液和氫氣氛下的腐蝕行為進行了研究,根據(jù)實驗結果討論了這兩種不同顯微組織影響腐蝕性能的微觀機理。該研究既可以完善對鈾鈮合金腐蝕機制方面的認識,也可以為合金部件性能評估和預測提供一定的參考。本文獲得的研究結果如下:（1）馬氏體組織鈾鈮合金的表面電位隨鈮含量的增加近似成雙段線性增加:當鈮含量小于1.14wt%時,鈾鈮合金的...
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：124 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１鈾及鈾合金腐蝕過程屮的影響因素??
?鈾鈮合金中顯微組織對電化學和氫化腐蝕行為的影響研究???表現(xiàn)出各向異性，比如圖１．２所示的楊氏模量在ｄ平面和＾平面內的各向異性分布，??以及熱膨脹系數(shù)在ａ?（３４Ｋ—１）、６?（－１２Ｋ：１）、ｃ?（３．２ｘＵ）＿５Ｋ；１）三個方向的顯著差異［５９］。??▲爲我?ｊ??圖１．１?ａ－Ｕ的原子排列結構［１９＆６１５??ｐＨ＇?７Ｎ?７Ｔｌ?－??ｖＪ??Ｙｏｕｎｇ＇ｓ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｎ?ｉ＼＼）?ｐｌａｎｓ?、．＇；ｎ：卜…：－：！：．丨，．＇．．．＇「卜＂、?丫ｏｕｒｇ＇ｗ．丨卞ｉｉ：．：；?？■?ｗ�。�；、，??圖１．２?ａ－Ｕ的楊氏模量空間分布［６０’６２］??從化學的角度看，復雜的核外電子分布狀態(tài)決定了鈾是活性極高的金屬［６３］。在室溫??下的干燥或潮濕大氣中，鈾表面會很快形成薄的１１０２鈍化層；鈾粉末極易自燃，塊體鈾??在７００°Ｃ以上的大氣中也可持續(xù)燃燒生成Ｕ３〇８［６４］；在水溶液中，鈾可以形成三價Ｕ３＋、??四價Ｕ４＇五價ｕｏ２＋和六價Ｕ０２２＋，其中Ｕ３＋和Ｕ０２＋為不穩(wěn)定離子，Ｕ３＋會在水中會發(fā)??生分解產(chǎn)生氫氣、Ｕ０２＋會歧化成四價或者六價鈾酰離子［６５］。此外，鈾－水反應生成的氫??和環(huán)境中的氫也極易與鈾金屬發(fā)生反應［１８，６６］，且同樣溫度和壓力下的鈾－氫反應速率比鈾??－氧反應更快（約４倍）［１７］。??綜合來看，鈾金屬的性能還不能很好地滿足核工業(yè)中的實際應用需求。從２０世紀??４０年代開始，美國核工業(yè)領域的冶金學者和工程技術人員即已開始鈾的合金化研究［５１］，??以期改善鈾的力學和腐蝕性能。但是，同樣因為獨特的核外電子排布特征，鈾與大多數(shù)??金屬元素在合金化過程中會
?鈾鈮合金中顯微組織對電化學和氫化腐蝕行為的影響研究???表現(xiàn)出各向異性，比如圖１．２所示的楊氏模量在ｄ平面和＾平面內的各向異性分布，??以及熱膨脹系數(shù)在ａ?（３４Ｋ—１）、６?（－１２Ｋ：１）、ｃ?（３．２ｘＵ）＿５Ｋ；１）三個方向的顯著差異［５９］。??▲爲我?ｊ??圖１．１?ａ－Ｕ的原子排列結構［１９＆６１５??ｐＨ＇?７Ｎ?７Ｔｌ?－??ｖＪ??Ｙｏｕｎｇ＇ｓ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｎ?ｉ＼＼）?ｐｌａｎｓ?、．＇；ｎ：卜…：－：！：．丨，．＇．．．＇「卜＂、?丫ｏｕｒｇ＇ｗ．丨卞ｉｉ：．：；?？■?ｗ！ａ；、，??圖１．２?ａ－Ｕ的楊氏模量空間分布［６０’６２］??從化學的角度看，復雜的核外電子分布狀態(tài)決定了鈾是活性極高的金屬［６３］。在室溫??下的干燥或潮濕大氣中，鈾表面會很快形成薄的１１０２鈍化層；鈾粉末極易自燃，塊體鈾??在７００°Ｃ以上的大氣中也可持續(xù)燃燒生成Ｕ３〇８［６４］；在水溶液中，鈾可以形成三價Ｕ３＋、??四價Ｕ４＇五價ｕｏ２＋和六價Ｕ０２２＋，其中Ｕ３＋和Ｕ０２＋為不穩(wěn)定離子，Ｕ３＋會在水中會發(fā)??生分解產(chǎn)生氫氣、Ｕ０２＋會歧化成四價或者六價鈾酰離子［６５］。此外，鈾－水反應生成的氫??和環(huán)境中的氫也極易與鈾金屬發(fā)生反應［１８，６６］，且同樣溫度和壓力下的鈾－氫反應速率比鈾??－氧反應更快（約４倍）［１７］。??綜合來看，鈾金屬的性能還不能很好地滿足核工業(yè)中的實際應用需求。從２０世紀??４０年代開始，美國核工業(yè)領域的冶金學者和工程技術人員即已開始鈾的合金化研究［５１］，??以期改善鈾的力學和腐蝕性能。但是，同樣因為獨特的核外電子排布特征，鈾與大多數(shù)??金屬元素在合金化過程中會
【參考文獻】：
期刊論文
[1]超導射頻腔用鈮材的表面化學拋光技術[J]. 陳向林,唐縣娥,法濤,鄒東利,白彬,蒙大橋. 稀有金屬材料與工程. 2018(08)
[2]鈾鈮合金在水溶液中的電化學腐蝕行為[J]. 伏曉國,汪小琳,柏朝茂,趙正平. 兵器材料科學與工程. 2001(04)
博士論文
[1]U-0.79wt.%Ti合金在特定環(huán)境中的腐蝕行為研究[D]. 蔡定洲.中國工程物理研究院 2017
[2]時效對U-5.8wt.%Nb合金結構和力學性能的影響研究[D]. 張延志.中國工程物理研究院 2015
[3]U-2.5wt%Nb合金的氫蝕及其對力學性能影響[D]. 李瑞文.中國工程物理研究院 2009
[4]U-2.5wt%Nb合金的氧化動力學與環(huán)境氣氛腐蝕對力學性能的影響研究[D]. 楊江榮.中國工程物理研究院 2007
碩士論文
[1]鈾鈮合金表面氧化行為的電子能量損失譜研究[D]. 陸雷.中國工程物理研究院北京研究生部 2003
本文編號：2906875
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：124 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１鈾及鈾合金腐蝕過程屮的影響因素??
?鈾鈮合金中顯微組織對電化學和氫化腐蝕行為的影響研究???表現(xiàn)出各向異性，比如圖１．２所示的楊氏模量在ｄ平面和＾平面內的各向異性分布，??以及熱膨脹系數(shù)在ａ?（３４Ｋ—１）、６?（－１２Ｋ：１）、ｃ?（３．２ｘＵ）＿５Ｋ；１）三個方向的顯著差異［５９］。??▲爲我?ｊ??圖１．１?ａ－Ｕ的原子排列結構［１９＆６１５??ｐＨ＇?７Ｎ?７Ｔｌ?－??ｖＪ??Ｙｏｕｎｇ＇ｓ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｎ?ｉ＼＼）?ｐｌａｎｓ?、．＇；ｎ：卜…：－：！：．丨，．＇．．．＇「卜＂、?丫ｏｕｒｇ＇ｗ．丨卞ｉｉ：．：；?？■?ｗ�。�；、，??圖１．２?ａ－Ｕ的楊氏模量空間分布［６０’６２］??從化學的角度看，復雜的核外電子分布狀態(tài)決定了鈾是活性極高的金屬［６３］。在室溫??下的干燥或潮濕大氣中，鈾表面會很快形成薄的１１０２鈍化層；鈾粉末極易自燃，塊體鈾??在７００°Ｃ以上的大氣中也可持續(xù)燃燒生成Ｕ３〇８［６４］；在水溶液中，鈾可以形成三價Ｕ３＋、??四價Ｕ４＇五價ｕｏ２＋和六價Ｕ０２２＋，其中Ｕ３＋和Ｕ０２＋為不穩(wěn)定離子，Ｕ３＋會在水中會發(fā)??生分解產(chǎn)生氫氣、Ｕ０２＋會歧化成四價或者六價鈾酰離子［６５］。此外，鈾－水反應生成的氫??和環(huán)境中的氫也極易與鈾金屬發(fā)生反應［１８，６６］，且同樣溫度和壓力下的鈾－氫反應速率比鈾??－氧反應更快（約４倍）［１７］。??綜合來看，鈾金屬的性能還不能很好地滿足核工業(yè)中的實際應用需求。從２０世紀??４０年代開始，美國核工業(yè)領域的冶金學者和工程技術人員即已開始鈾的合金化研究［５１］，??以期改善鈾的力學和腐蝕性能。但是，同樣因為獨特的核外電子排布特征，鈾與大多數(shù)??金屬元素在合金化過程中會
?鈾鈮合金中顯微組織對電化學和氫化腐蝕行為的影響研究???表現(xiàn)出各向異性，比如圖１．２所示的楊氏模量在ｄ平面和＾平面內的各向異性分布，??以及熱膨脹系數(shù)在ａ?（３４Ｋ—１）、６?（－１２Ｋ：１）、ｃ?（３．２ｘＵ）＿５Ｋ；１）三個方向的顯著差異［５９］。??▲爲我?ｊ??圖１．１?ａ－Ｕ的原子排列結構［１９＆６１５??ｐＨ＇?７Ｎ?７Ｔｌ?－??ｖＪ??Ｙｏｕｎｇ＇ｓ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｉｎ?ｉ＼＼）?ｐｌａｎｓ?、．＇；ｎ：卜…：－：！：．丨，．＇．．．＇「卜＂、?丫ｏｕｒｇ＇ｗ．丨卞ｉｉ：．：；?？■?ｗ！ａ；、，??圖１．２?ａ－Ｕ的楊氏模量空間分布［６０’６２］??從化學的角度看，復雜的核外電子分布狀態(tài)決定了鈾是活性極高的金屬［６３］。在室溫??下的干燥或潮濕大氣中，鈾表面會很快形成薄的１１０２鈍化層；鈾粉末極易自燃，塊體鈾??在７００°Ｃ以上的大氣中也可持續(xù)燃燒生成Ｕ３〇８［６４］；在水溶液中，鈾可以形成三價Ｕ３＋、??四價Ｕ４＇五價ｕｏ２＋和六價Ｕ０２２＋，其中Ｕ３＋和Ｕ０２＋為不穩(wěn)定離子，Ｕ３＋會在水中會發(fā)??生分解產(chǎn)生氫氣、Ｕ０２＋會歧化成四價或者六價鈾酰離子［６５］。此外，鈾－水反應生成的氫??和環(huán)境中的氫也極易與鈾金屬發(fā)生反應［１８，６６］，且同樣溫度和壓力下的鈾－氫反應速率比鈾??－氧反應更快（約４倍）［１７］。??綜合來看，鈾金屬的性能還不能很好地滿足核工業(yè)中的實際應用需求。從２０世紀??４０年代開始，美國核工業(yè)領域的冶金學者和工程技術人員即已開始鈾的合金化研究［５１］，??以期改善鈾的力學和腐蝕性能。但是，同樣因為獨特的核外電子排布特征，鈾與大多數(shù)??金屬元素在合金化過程中會
【參考文獻】：
期刊論文
[1]超導射頻腔用鈮材的表面化學拋光技術[J]. 陳向林,唐縣娥,法濤,鄒東利,白彬,蒙大橋. 稀有金屬材料與工程. 2018(08)
[2]鈾鈮合金在水溶液中的電化學腐蝕行為[J]. 伏曉國,汪小琳,柏朝茂,趙正平. 兵器材料科學與工程. 2001(04)
博士論文
[1]U-0.79wt.%Ti合金在特定環(huán)境中的腐蝕行為研究[D]. 蔡定洲.中國工程物理研究院 2017
[2]時效對U-5.8wt.%Nb合金結構和力學性能的影響研究[D]. 張延志.中國工程物理研究院 2015
[3]U-2.5wt%Nb合金的氫蝕及其對力學性能影響[D]. 李瑞文.中國工程物理研究院 2009
[4]U-2.5wt%Nb合金的氧化動力學與環(huán)境氣氛腐蝕對力學性能的影響研究[D]. 楊江榮.中國工程物理研究院 2007
碩士論文
[1]鈾鈮合金表面氧化行為的電子能量損失譜研究[D]. 陸雷.中國工程物理研究院北京研究生部 2003
本文編號：2906875
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