【摘要】：15-15Ti鋼是鉛冷快堆的候選包殼材料,擁有優(yōu)良的室溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能,但是如何提高其在反應(yīng)堆溫度和復(fù)雜環(huán)境的耐腐蝕性能,仍需要開(kāi)展進(jìn)一步研究。本文采用磁控濺射方法在15-15Ti鋼上制備Si C薄膜(Si C/Al N雙層薄膜、Si C/Ti N/Ti三層薄膜和(Si C/Al N)2多層膜),將鍍膜前后的15-15Ti鋼放在溫度500℃、氧濃度10-6 wt.%和10-8 wt.%的靜態(tài)鉛鉍合金中腐蝕1000h。利用X射線衍射儀、原子力顯微鏡、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、能譜儀、顯微硬度計(jì)對(duì)鍍膜后未腐蝕和腐蝕的樣品進(jìn)行表面結(jié)構(gòu)、形貌與成分分析,研究了鍍膜對(duì)15-15Ti鋼耐鉛鉍腐蝕性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)用磁控濺射方法成功地在15-15Ti鋼上制備了Si C/Al N雙層薄膜、Si C/Ti N/Ti三層薄膜和(Si C/Al N)2多層膜。緩沖層的加入能得到連續(xù)致密、結(jié)晶度高、膜基結(jié)合力好Si C薄膜。Si C/Al N雙層薄膜與Si C/Ti N/Ti三層薄膜、(Si C/Al N)2多層膜的硬度分別為12.6Gpa、17.2Gpa和14.5GPa。(2)在500℃、氧濃度10-6 wt.%的鉛鉍合金溶液中腐蝕1000h后,未鍍膜的15-15Ti鋼表面出現(xiàn)厚度為1.9um的腐蝕氧化物層,該氧化物外層成分為Fe3O4,內(nèi)層為Fe-Cr尖晶石氧化物;在500℃、氧濃度10-8 wt.%的鉛鉍合金溶液中腐蝕1000h后,未鍍膜15-15Ti鋼表面腐蝕層約為600nm厚,腐蝕產(chǎn)物為Fe-Cr尖晶石氧化物。(3)鍍有Si C/Al N雙層膜的15-15Ti鋼在500℃、氧濃度10-6 wt.%條件下腐蝕1000h后,Si C層被鉛鉍滲透,但是Al N層沒(méi)有被鉛鉍滲透腐蝕;當(dāng)氧濃度降低為10-8 wt.%時(shí),Si C/Al N雙層膜中不僅Si C層出現(xiàn)滲透,Al N層也被鉛鉍滲透了約100nm左右,但是15-15Ti鋼表面沒(méi)有出現(xiàn)腐蝕氧化物,Si C/Al N雙層膜能提高鋼的耐腐蝕性能。(4)鍍有Si C/Ti N/Ti三層膜的15-15Ti鋼,在500℃、氧濃度10-6 wt.%下腐蝕1000h后,Si C層被鉛鉍滲透,并且緩沖層Ti N薄膜被鉛鉍滲透200nm左右(Ti N薄膜厚度約300nm),由此可知,Si C/Al N雙層薄膜比Si C/Ti N/Ti三層薄膜更能耐液態(tài)鉛鉍合金腐蝕。(5)采用Al N做緩沖層制備(Si C/Al N)2多層薄膜,在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,耐腐蝕性能優(yōu)于Si C/Al N雙層薄膜,耐腐蝕性能提高。對(duì)比三種薄膜耐腐蝕性能得到結(jié)論:(Si C/Al N)2多層薄膜Si C/Al N雙層薄膜Si C/Ti N/Ti三層膜,且這三種薄膜都對(duì)15-15Ti鋼有很好的保護(hù)性。研究的結(jié)果為15-15T鋼作為包殼材料和耐鉛鉍腐蝕性能的改善提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL352.22;TG174.4
【圖文】：

圖 1.1 鈉冷快堆（SFR）示意圖Fig1.1 Sodium cold fast reactor (SFR) diagram(LFR) LFR），是指以液態(tài)金屬鉛以及鉛基合金為冷卻閉式循環(huán)方式，可使核燃料燃燒轉(zhuǎn)化的更加有效[9與其它反應(yīng)堆相比，鉛冷快堆具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：的鉛基材料俘獲界面比較小并且中子慢化能力較能譜而獲得優(yōu)良的中子經(jīng)濟(jì)型，核燃料增值、核廢的中子來(lái)實(shí)現(xiàn)，鉛基反應(yīng)堆也可以設(shè)計(jì)成壽命型堆本和提高了利用效率，也能防止核擴(kuò)散造成環(huán)境危堆中的鉛基材料，以鉛為基礎(chǔ)，加入其他成分形成合低熔點(diǎn)、穩(wěn)定性高的特性，與水和空氣不易發(fā)生劇除了反應(yīng)堆中會(huì)發(fā)生氫氣爆炸的安全隱患，保證了

圖 1.2 鉛冷快堆（LFR）示意圖Fig1.2 Lead cold fast reactor (LFR) diagram臨界系統(tǒng)(ADS)是實(shí)現(xiàn)核能可持續(xù)發(fā)展的根本，這個(gè)問(wèn)題是何安全且經(jīng)濟(jì)的處理高放廢物和廢液及其固一向特別關(guān)注的重點(diǎn)[13]。加速器驅(qū)動(dòng)次臨界的嬗變器，是解決核廢物的重要技術(shù)方向，個(gè)反應(yīng)堆，這個(gè)反應(yīng)堆有兩個(gè)作用，首先是素變?yōu)椋ㄦ幼儯┓欠派湫栽�，或�(qū)㈤L(zhǎng)半衰素。另外一個(gè)作用就是發(fā)電。加速器驅(qū)動(dòng)次速器、外源中子產(chǎn)生靶和次臨界反應(yīng)堆[14]。其生和加速產(chǎn)生高能質(zhì)子，高速質(zhì)子流轟擊次鉛鉍合金)，將鉛和鉍的原子核裂變，產(chǎn)生大生散裂反應(yīng)。隨后這些散裂核子通過(guò)核內(nèi)級(jí)

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