本文關(guān)鍵詞：鋯合金第二相腐蝕氧化過程的研究及應(yīng)用

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【摘要】：鋯合金中的第二相對合金抗腐蝕氧化性能有重要影響。Ti_2Ni型FCC結(jié)構(gòu)的(Zr,Nb)_2Fe相、C14型HCP結(jié)構(gòu)的Zr(Nb,Fe)_2相分別是先進鋯合金E635及Zirlo的主要三元金屬相。本文通過非自耗真空電弧熔煉法,創(chuàng)新的將合金中少量的第二相單獨熔煉成合金相鑄錠。并將第二相材料置入320°C/16.4MPa模擬壓水堆腐蝕環(huán)境,研究氧化膜形成過程及結(jié)構(gòu)特點。本次研究有利于更加深入的認識合金元素在氧化過程中的重要作用,了解第二相材料的性能特點對提高合金抗腐蝕性能有重要意義。(Zr,Nb)_2Fe相腐蝕氧化實驗結(jié)果表明,第二相材料氧化膜結(jié)晶性較差,氧化產(chǎn)物為單斜氧化鋯及四方氧化鋯。合金相氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn),氧化物/水側(cè)界面的氧化產(chǎn)物為單斜的氧化鋯以及非晶氧化鋯,并在單斜氧化鋯中發(fā)現(xiàn)了明顯的位錯和缺陷。氧化膜內(nèi)部的能譜線掃描分析結(jié)果表明了鐵元素的擴散和再聚集現(xiàn)象。通過透射電鏡高分辨對細致微觀結(jié)構(gòu)分析我們確定了鐵顆粒α-Fe與和四方氧化鋯之間存在半共格取向關(guān)系:[010]_(t-ZrO_2)//[001]_(α-Fe),(200))(t-ZrO_2)//(110)_(α-Fe),錯配度為:4d_(t(200))=5d_(α(110))。這種取向生長關(guān)系穩(wěn)定了四方氧化鋯,延遲了四方氧化鋯向單斜氧化鋯的轉(zhuǎn)化,使其依附于鐵顆粒形成納米晶。同時,我們對不同F(xiàn)e/Nb的三元材料進行了相同的氧化腐蝕實驗,并測試了表面氧化膜的結(jié)構(gòu)特點,證實了該四方氧化鋯穩(wěn)定機制。本次實驗優(yōu)化了Zr(Nb,Fe)_2相的熔煉成分,并分別進行了20h、40h、60h的腐蝕氧化實驗。隨著氧化的時間推移氧化膜厚度差別不,大約為1.2μm。對不同時間的氧化膜截面樣品觀察發(fā)現(xiàn)氧化膜相結(jié)構(gòu)致密,無明顯裂紋。通過透射電鏡對氧化膜截面的觀察,發(fā)現(xiàn)氧化膜的主要結(jié)構(gòu)為內(nèi)側(cè)的非晶態(tài)氧化物和表層的晶態(tài)氧化物,并對這種典型的氧化物結(jié)構(gòu)形成機理進行了分析討論。非晶態(tài)氧化物結(jié)構(gòu)致密,厚度大于100nm,隨腐蝕時間的增加厚度增加達到265nm。致密的非晶氧化膜對氧離子的擴散有很好的阻礙作用,這說明Zr(Nb,Fe)_2合金相是很好的鈍化材料是鋯合金防護涂層的優(yōu)越備選材料。本文通過電化學(xué)方法評價了兩種相抗腐蝕性能,發(fā)現(xiàn)其性能均優(yōu)于商用合金材料。通過比較兩種相的高溫高壓水環(huán)境腐蝕行為,電化學(xué)腐蝕性能,發(fā)現(xiàn)Zr(Nb,Fe)_2合金相電化學(xué)腐蝕性能更好,氧化膜更薄,結(jié)構(gòu)更加致密。在此基礎(chǔ)上本文運用HiTUS磁控濺射方法,在Zr-4合金表面制備了成分與Zr(Fe,Nb)_2第二相相同的Zr-Fe-Nb三元合金涂層。薄膜材料結(jié)構(gòu)致密,無明顯缺陷,其主要結(jié)構(gòu)為非晶和納米晶。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.414

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