采用高壓釜腐蝕試驗(yàn)研究了Zr-Sn-Nb-Fe-Mo合金在360℃/18.6 MPa去離子水中的耐蝕性,采用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和激光拉曼光譜分析了合金腐蝕前后的顯微組織。結(jié)果表明:合金在腐蝕300d的腐蝕增重相比ZIRLO合金的降低了30%以上。合金中生成了均勻彌散的HCP結(jié)構(gòu)的Zr（Nb,Fe）₂和Zr（Nb,Fe,Mo）₂第二相顆粒。腐蝕260d后氧化膜中出現(xiàn)明顯的平行于氧化膜/基體界面的裂紋,四方相t-ZrO₂含量顯著減少是氧化膜中產(chǎn)生裂紋并加速合金腐蝕的重要因素。添加Mo元素生成的Zr（Nb,Fe,Mo）₂第二相顆粒起到了延遲氧化并減小氧化膜內(nèi)應(yīng)力的作用。 

【文章來源】：腐蝕與防護(hù). 2020,41(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

Zr-Sn-Nb-Fe-Mo和ZIRLO合金在高溫高壓水中的腐蝕增重曲線

由圖5可見：經(jīng)過100d浸泡后，試樣表面氧化膜平整致密，無明顯裂紋和孔隙，氧化膜內(nèi)可清晰地觀察到粗大的柱狀晶和細(xì)小的等軸晶，等軸晶主要分布在氧化膜外側(cè)，而柱狀晶主要分布在氧化膜內(nèi)側(cè)且靠近基體附近，且沿著氧化膜生長(zhǎng)方向排列，并垂直于氧化膜/基體界面；浸泡200d后，試樣表面氧化膜總體是致密的，但開始出現(xiàn)很少量的孔隙；經(jīng)過260d浸泡后，試樣表面氧化膜出現(xiàn)明顯的平行于氧化膜/基體界面的裂紋，一些橫向裂紋連接在一起形成了長(zhǎng)裂紋，導(dǎo)致氧化膜分裂成內(nèi)外兩層。這說明合金在浸泡260d時(shí)已經(jīng)發(fā)生了腐蝕轉(zhuǎn)折，這一結(jié)果與圖1中的腐蝕增重曲線相對(duì)應(yīng)；經(jīng)過300d浸泡后，試樣表面氧化膜橫截面開始變得不平整，相比浸泡260d時(shí)的出現(xiàn)更多的裂紋，裂紋長(zhǎng)度也更長(zhǎng)。這些裂紋為O元素的擴(kuò)散提供了通道，因而會(huì)對(duì)合金的耐蝕性產(chǎn)生不利影響。由圖6可見：隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，氧化膜中tZrO2含量逐漸減少，當(dāng)浸泡時(shí)間為260d時(shí)，氧化膜中t-ZrO2的含量非常少，且當(dāng)浸泡時(shí)間為300d時(shí)，大多數(shù)區(qū)域的t-ZrO2已完全消失。拉曼光譜分析結(jié)果表明，在局部區(qū)域t-ZrO2消失的同時(shí)也發(fā)生了腐蝕增重速率增加和轉(zhuǎn)折，說明合金腐蝕性能與氧化膜中t-ZrO2的相轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。腐蝕初期生成的氧化膜相為t-ZrO2，主要分布于氧化膜與基體界面處。隨著腐蝕氧化膜厚度增加，靠近基體側(cè)的t-ZrO2承受金屬基體的壓應(yīng)力逐漸變小，導(dǎo)致靠近外表面的t-ZrO2逐漸轉(zhuǎn)變成m-ZrO2，這一轉(zhuǎn)變過程伴隨著體積膨脹和剪切應(yīng)變的產(chǎn)生，因此會(huì)導(dǎo)致氧化膜中產(chǎn)生裂紋。同時(shí)，相變時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變促使氧化膜內(nèi)的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶，這些等軸晶縮短了O元素在氧化膜中的擴(kuò)散路徑從而加速了腐蝕[14-15]。從圖5中可以看出，氧化膜內(nèi)的晶粒隨著腐蝕時(shí)間增加逐漸由柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，與上述現(xiàn)象吻合。

由圖6可見：隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，氧化膜中tZrO2含量逐漸減少，當(dāng)浸泡時(shí)間為260d時(shí)，氧化膜中t-ZrO2的含量非常少，且當(dāng)浸泡時(shí)間為300d時(shí)，大多數(shù)區(qū)域的t-ZrO2已完全消失。拉曼光譜分析結(jié)果表明，在局部區(qū)域t-ZrO2消失的同時(shí)也發(fā)生了腐蝕增重速率增加和轉(zhuǎn)折，說明合金腐蝕性能與氧化膜中t-ZrO2的相轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。腐蝕初期生成的氧化膜相為t-ZrO2，主要分布于氧化膜與基體界面處。隨著腐蝕氧化膜厚度增加，靠近基體側(cè)的t-ZrO2承受金屬基體的壓應(yīng)力逐漸變小，導(dǎo)致靠近外表面的t-ZrO2逐漸轉(zhuǎn)變成m-ZrO2，這一轉(zhuǎn)變過程伴隨著體積膨脹和剪切應(yīng)變的產(chǎn)生，因此會(huì)導(dǎo)致氧化膜中產(chǎn)生裂紋。同時(shí)，相變時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變促使氧化膜內(nèi)的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶，這些等軸晶縮短了O元素在氧化膜中的擴(kuò)散路徑從而加速了腐蝕[14-15]。從圖5中可以看出，氧化膜內(nèi)的晶粒隨著腐蝕時(shí)間增加逐漸由柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，與上述現(xiàn)象吻合。圖5 試樣在高溫高壓去離子水中浸泡不同時(shí)間后的表面氧化膜截面SEM形貌

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Zr-0.72Sn-0.32Fe-0.15Cr-0.97Nb合金中的第二相及其腐蝕行為[J]. 王楨,周邦新,王波陽,黃嬌,姚美意,張金龍.  金屬學(xué)報(bào). 2016(01)
[2]Zr-4合金氧化膜的顯微組織研究[J]. 周邦新,李強(qiáng),姚美意,劉文慶,褚于良.  腐蝕與防護(hù). 2009(09)



本文編號(hào)：3054283