2011年福島核事故之后,世界范圍內(nèi)迫切需要更加先進(jìn)的能夠在較長時(shí)間內(nèi)抵抗冷卻劑喪失事故同時(shí)保持或提高正常工況性能的核燃料系統(tǒng),即事故容錯(cuò)燃料。核燃料包殼是核反應(yīng)堆中的第一道安全屏障,包殼材料事故容錯(cuò)性能的提升是事故容錯(cuò)燃料研究的重點(diǎn)。鋯合金是目前水冷核動力反應(yīng)堆中最為廣泛使用的燃料包殼材料,但其在高溫高壓水蒸氣環(huán)境下發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)并生成大量氫氣,無法滿足事故容錯(cuò)燃料的要求。FeCrAl合金能夠在1400℃的范圍內(nèi)保持優(yōu)異的抗氧化性能,因此FeCrAl合金包殼以及鋯合金表面FeCrAl涂層成為事故容錯(cuò)燃料研究的重點(diǎn)方向。鋯合金與其表面FeCrAl涂層在高溫下相互擴(kuò)散并產(chǎn)生金屬間化合物,會對基體性能和膜基結(jié)合力產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此,必須添加緩沖層避免由擴(kuò)散導(dǎo)致的涂層失效。緩沖層需要具有高溫穩(wěn)定性,高結(jié)合強(qiáng)度,并與FeCrAl涂層熱膨脹系數(shù)匹配。本論文采用微弧氧化技術(shù)（MAO）在鋯合金表面制備ZrO₂緩沖層,并利用磁控濺射技術(shù)在ZrO₂緩沖層表面沉積FeCrAl涂層,最終得到具有事故容錯(cuò)能力的ZrO₂/FeCrA1復(fù)合涂層... 

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 核電發(fā)展概述
    1.2 核反應(yīng)堆與鋯合金包殼
        1.2.1 核反應(yīng)堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料
        1.2.2 鋯合金包殼的性能
        1.2.3 鋯合金包殼面臨的挑戰(zhàn)
    1.3 事故容錯(cuò)燃料包殼(ATFC)
        1.3.1 替代鋯合金的新型燃料包殼
        1.3.2 鋯合金包殼表面涂層
    1.4 FeCrAl合金在事故容錯(cuò)燃料研究中存在的問題
        1.4.1 熱中子吸收截面與輻照脆化問題
        1.4.2 Zr-FeCrAl高溫?cái)U(kuò)散問題
    1.5 本論文研究思路和主要研究內(nèi)容
第二章 研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料
    2.2 微弧氧化制備ZrO_2緩沖層
        2.2.1 微弧氧化技術(shù)簡介
        2.2.2 微弧氧化裝置
        2.2.3 微弧氧化制備工藝
    2.3 磁控濺射沉積FeCrAl外層
        2.3.1 磁控濺射技術(shù)簡介
        2.3.2 磁控濺射裝置
        2.3.3 磁控濺射制備工藝
    2.4 氧化實(shí)驗(yàn)
        2.4.1 超臨界水氧化
        2.4.2 高溫蒸汽氧化
    2.5 結(jié)構(gòu)與性能表征
        2.5.1 X射線衍射分析(XRD)
        2.5.2 掃面電鏡(SEM)形貌觀察及能譜分析(EDS)
        2.5.3 電化學(xué)測試
        2.5.4 結(jié)合強(qiáng)度
        2.5.5 涂層厚度
第三章 ZrO_2/FeCrAl復(fù)合涂層制備與工藝優(yōu)化
    3.1 ZrO_2微弧氧化涂層工藝研究
        3.1.1 不同主鹽電解液對微弧氧化涂層的影響
        3.1.2 添加劑對微弧氧化涂層的影響
        3.1.3 電壓對微弧氧化涂層的影響
        3.1.4 工藝參數(shù)對微弧氧化涂層的影響機(jī)制
    3.2 ZrO_2/FeCrAl復(fù)合涂層的制備
    3.3 本章小結(jié)
第四章 ZrO_2緩沖層的氧化行為
    4.1 超臨界水氧化行為
        4.1.1 電解液的影響
        4.1.2 微弧氧化涂層與水熱氧化涂層對比
    4.2 高溫蒸汽氧化行為
        4.2.1 高溫蒸汽氧化動力學(xué)曲線
        4.2.2 氧化層物相組成
        4.2.3 氧化層微觀組織形貌
    4.3 本章小結(jié)
第五章 ZrO_2/FeCrAl復(fù)合涂層的氧化行為
    5.1 超臨界水氧化行為
        5.1.1 氧化增重對比
        5.1.2 物相組成分析
        5.1.3 形貌特征對比
    5.2 高溫蒸汽氧化行為
        5.2.1 氧化動力學(xué)曲線對比
        5.2.2 物相組成對比
        5.2.3 微觀形貌及界面元素分布
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 本研究工作的創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 今后的工作和展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在攻讀博士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文
作者在攻讀博士學(xué)位期間參加的學(xué)術(shù)交流活動


【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]Mg-7Li合金微弧氧化涂層及其腐蝕和摩擦性能研究[D]. 李俊剛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[2]鋯合金在550℃/25MPa超臨界水中腐蝕行為的研究[D]. 李強(qiáng).上海大學(xué) 2008

碩士論文
[1]磁控濺射鋁防護(hù)涂層制備及其應(yīng)用研究[D]. 陳梓赫.廣東工業(yè)大學(xué) 2015
[2]蒸鍍、磁控濺射鋁和鋁合金薄膜的組織與性能[D]. 孟紅梅.天津大學(xué) 2007



本文編號：3700021