【摘要】：發(fā)展核能是我國(guó)當(dāng)前重要的能源戰(zhàn)略選擇,先進(jìn)核能材料是核能安全發(fā)展的基礎(chǔ)。金屬增材制造為復(fù)雜精密核電裝備設(shè)計(jì)及制造提供了新的解決思路,然而其工藝與傳統(tǒng)制造技術(shù)存在較大差異,將導(dǎo)致材料微觀結(jié)構(gòu)、抗輻照性能等諸多方面材料性質(zhì)的變化。目前,針對(duì)增材制造核能材料在反應(yīng)堆工況下的輻照損傷研究尚未引起廣泛關(guān)注。為保證這類金屬材料在服役工況下的安全性與穩(wěn)定性,亟需針對(duì)其輻照效應(yīng)及物理機(jī)制進(jìn)行深入的研究與評(píng)估。本文以選區(qū)激光熔化成形316L不銹鋼為研究對(duì)象,針對(duì)氦、鐵離子的損傷效應(yīng)展開研究,主要結(jié)論如下:(1)采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備了316L不銹鋼,對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)以及耐腐蝕性能進(jìn)行了表征分析。實(shí)驗(yàn)表明,成形材料內(nèi)部分布著平均尺寸為380 nm,由位錯(cuò)包覆的胞狀亞晶。此外,樣品中存在體積分?jǐn)?shù)約5%的非晶納米氧化物,平均尺寸及密度分別為60 nm,4.2×10~(20)m~(-3),上述結(jié)構(gòu)形成了該材料中特殊的微納界面結(jié)構(gòu);納米壓痕硬度測(cè)試結(jié)果為2.6 GPa,自腐蝕電位及電流密度分別為-0.284 V和0.80μA/cm2,材料硬度提升且具備較優(yōu)異的耐腐蝕性能。(2)針對(duì)氦離子輻照后選區(qū)激光熔化成形316L不銹鋼,結(jié)合TEM、納米壓痕等方法探究了輻照溫度、濃度對(duì)于材料中微納界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、氦泡分布及輻照硬化行為的影響機(jī)制。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氦輻照后,微納界面結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。室溫/6.72%氦輻照下,觀察到尺寸小于1 nm的氦泡。450°C/0.8%和450°C/4.8%氦輻照下氦泡平均尺寸分別為1.4 nm,3.2 nm。該結(jié)果表明輻照溫度升高、劑量增大有利于氦泡形核及長(zhǎng)大;此外,450°C/0.8%氦輻照時(shí),選區(qū)激光熔化成形316L不銹鋼材料中氦泡密度及硬化程度較相同輻照條件下傳統(tǒng)不銹鋼下降,且胞狀亞晶界處氦泡密度升高,非晶納米顆粒與基體形成界面處氦泡尺寸增大,表明微納界面結(jié)構(gòu)是捕獲氦泡的有利位點(diǎn),能夠起到良好的界面自修復(fù)作用,降低氦泡的密度、腫脹率以及材料的硬化程度。(3)針對(duì)鐵離子輻照后選區(qū)激光熔化成形316L不銹鋼,通過多種測(cè)試方法探究了輻照溫度、劑量對(duì)于材料微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及耐腐蝕性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,室溫/1 dpa、450°C/1 dpa鐵離子輻照后胞狀亞晶以及非晶納米析出相結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。且450°C輻照時(shí),位錯(cuò)環(huán)尺寸增大,密度下降;輻致缺陷導(dǎo)致晶格畸變,(111)峰位2θ減小;隨著輻照劑量增大、溫度減小,材料出現(xiàn)輻照硬化程度升高、耐腐蝕性能下降的現(xiàn)象,且在RT/10 dpa輻照時(shí)性能變化最為明顯,該結(jié)果與不同輻照條件下缺陷的數(shù)量、尺寸等差異相關(guān)。本文圍繞選區(qū)激光熔化成形316L不銹鋼的抗輻照損傷性能進(jìn)行了研究,為增材制造核電裝備的輻照損傷效應(yīng)評(píng)估提供了實(shí)驗(yàn)參考,具有重要的意義和實(shí)際價(jià)值。
【圖文】：

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論究背景及意義、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的能源是全球經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展和穩(wěn)定的基石。核能作為一型能源，近四十年里在全球范圍內(nèi)得到了安全有效的發(fā)展[1,2]。發(fā)展核能是我戰(zhàn)略選擇，而先進(jìn)核能材料是核能安全發(fā)展的基礎(chǔ)，其制造能力和研發(fā)水平我國(guó)核電設(shè)施的建造與運(yùn)營(yíng)安全，極大提升我國(guó)核電技術(shù)出口的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。能材料領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新性研究，符合我國(guó)發(fā)展成為核電強(qiáng)國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略

選區(qū)激光熔化成形 316L 不銹鋼的離子輻照損傷效應(yīng)研究備的制造難題，，同時(shí)確保材料具備良好的抗輻照性能是先進(jìn)核能材料領(lǐng)域目前面臨的[7-10]。近年來(lái)，工業(yè)級(jí)的金屬增材制造技術(shù)逐漸成熟。由于它是以三維模型數(shù)據(jù)文件為基礎(chǔ)能束流熔化粉末進(jìn)行逐層固化疊加成形，因此在設(shè)計(jì)上具備充分的自由度，也因其獨(dú)吸引了國(guó)內(nèi)外核電裝備制造領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并取得了一系列重要進(jìn)展[11,12]。2014 年菲爾德大學(xué)先進(jìn)核能制造研究中心專門開發(fā)了一套用于大型核電裝備制造的電子束 打印設(shè)備（圖 1.2（a））。2015 年，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合通用公司，針對(duì)增材制造316L 不銹鋼樣品力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，評(píng)估其在核電領(lǐng)域的應(yīng)用可行方面，從 2015 年開始，中核、中廣核集團(tuán)也采用我國(guó)自主研發(fā)的增材制造設(shè)備，相繼 CAP1400 自主化燃料原型組件下管座（圖 1.2（b））、核電站復(fù)雜流道儀表閥閥體（圖））以及我國(guó)首個(gè)小堆（ACP100）的壓力容器試件，并通過了國(guó)際核電標(biāo)準(zhǔn) RCC-M 要8 年，中廣核通過增材制造技術(shù)制造的制冷機(jī)端蓋在大亞灣核電站壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)成備安裝并通過設(shè)備運(yùn)行再鑒定[13-18]。金屬增材制造為復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的制造提供了新路，有望推動(dòng)核電裝備制造產(chǎn)業(yè)跨越式的技術(shù)發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL341

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本文編號(hào)：2644057