本文關鍵詞：大氣及溶液環(huán)境下傳熱管材料微動磨損行為及損傷機制　出處：《北京科技大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著全球能源危機的到來,核能已成為各國解決能源危機的重要手段。如何安全、高效地利用核能也日益成為研究的焦點。蒸汽發(fā)生器作為一二回路的樞紐是壓水堆核電站關鍵設備之一,然而傳熱管內流體振動使傳熱管與其支撐板連接處發(fā)生微動磨損,導致傳熱管局部減薄甚至破裂,使用壽命降低,危及核電站安全。因此,研究傳熱管的微動磨損行為及損傷機理對延長傳熱管的使用壽命,提高核電站的效率和安全性具有重要的意義。針對傳熱管微動磨損行為,國內外已開展了多方面的基礎研究,但環(huán)境與微動磨損行為及損傷機制之間的相關性尚未清晰。本文以傳熱管材Inconel 600/690TT(thermally treated)合金為研究對象,研究了常溫大氣、常溫溶液以及外加電位環(huán)境下,材料的微動磨損行為,并結合光學顯微鏡、白光形貌儀、激光共焦掃描顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子能譜、X射線光電子能譜、聚焦離子束以及透射電子顯微鏡等表征方式,對微動過程中磨痕亞表面的組織轉變,裂紋擴展以及氧化行為進行了深入分析,系統(tǒng)地揭示了傳熱管的微動磨損規(guī)律及組織損傷機制,建立了微動磨損過程中組織損傷模型以及環(huán)境和微動磨損規(guī)律及組織損傷機制之間的相關性,取得如下主要結果:(1)常溫大氣環(huán)境:完全滑移區(qū)的磨損機制為氧化磨損和剝層磨損。微動導致磨痕底部組織呈層狀分布,由表及里依次為磨屑層(wear debris layer,WDL),摩擦學轉變組織層(tribologically transformed structure,TTS)、一般塑性變形層(generally deformed layer,GDL)以及基體。隨后,在外力和氧的共同作用下,TTS層被氧化并與轉移的304SS(stainless steel)材料混合形成由不同氧化物以及鎳基金屬晶粒組成的WDL。部分滑移區(qū)的磨損機制主要為粘著磨損和氧化磨損。應力集中導致在磨痕表面呈環(huán)狀分布的疲勞裂紋以穿晶和沿晶的混合方式與表面呈30-50°向基體內部擴展。相對部分滑移區(qū),完全滑移區(qū)時剝層裂紋的形成加劇材料的磨損。晶粒尺寸與微動磨損行為及損傷機制間依賴性的研究表明,晶粒尺寸的增加不利于TTS層的形成,導致較長剝層裂紋的形成,進而使得材料抗微動磨損性能降低,磨損體積增加。(2)常溫溶液環(huán)境:溶液及氯離子對微動損傷行為的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面。首先,由于溶液環(huán)境下氧含量較低,TTS發(fā)生楔入氧化即在WDL/TTS的界面處,氧化以楔入的方式進入TTS層形成富鉻氧化區(qū),同時在其周圍形成富鎳區(qū)。TTS層的進一步氧化形成WDL,在WDL中Cr、O與Ni、Fe元素之間呈現(xiàn)明顯的此消彼長的關系。其次,溶液的潤滑性促使純水環(huán)境下接觸面微動狀態(tài)由部分滑移區(qū)向完全滑移區(qū)轉變,在完全滑移區(qū)時磨痕的表面及亞表面形成疲勞裂紋,在部分滑移區(qū)的表面形成犁溝。在溶液的低氧及潤滑的共同作用下,純水環(huán)境下的磨損體積(80N除外)和摩擦系數(shù)均減小。最后,氯離子的腐蝕性一方面促進接觸面微動狀態(tài)由部分滑移區(qū)向完全滑移區(qū)轉變;另一方面導致3.5%NaCl溶液環(huán)境下完全滑移區(qū)磨痕亞表層的TTS層中富鉻氧化區(qū)的尺寸增加,WDL被完全氧化,部分滑移區(qū)磨痕表層中心形成氧化物,磨痕亞表層疲勞裂紋長度減小,材料的磨損體積均增加、摩擦系數(shù)均減小。(3)外加電位環(huán)境:接觸面的電化學狀態(tài)對微動磨損規(guī)律及組織損傷機制影響顯著。在陰極極化區(qū),磨損機制主要為犁削磨損,外加電位對摩擦系數(shù)和磨損體積影響較小;在陽極極化區(qū),磨損機制主要為犁削磨損和氧化磨損,外加電位對摩擦系數(shù)和磨損體積影響顯著。陰極極化區(qū):陰極電流抑制氧化,TTS層和WDL均未發(fā)生氧化;鈍化區(qū):TTS層和WDL均發(fā)生氧化,陽極電流導致TTS層的富鉻氧化區(qū)尺寸增加;過鈍化區(qū),過鈍化電流促使TTS層和剝離材料被氧化形成可溶性氧化物,導致磨痕表面僅為少量腐蝕產(chǎn)物,而未觀察到WDL。陰極電流抑制TTS層的氧化減緩材料的磨損,陽極電流促進TTS層的氧化進而加劇材料的磨損。(4)微動磨損中,環(huán)境對損傷機制以及磨損體積的影響強烈依賴于磨痕亞表層TTS的氧化程度。
[Abstract]:With the advent of the global energy crisis , nuclear energy has become an important means to solve the energy crisis . In this paper , the wear mechanism of the surface and the surface of the surface of the surface of the partial slip zone is increased , and the wear volume of the material is increased . ( 3 ) External potential environment : The electrochemical state of the contact surface has a significant influence on fretting wear and damage mechanism of tissue . In the cathodic polarization zone , the wear mechanism is mainly the plough wear , the applied potential has a significant influence on the friction coefficient and wear volume . In the cathodic polarization zone : the cathode current inhibits oxidation , the TTS layer and WDL are not oxidized ; the passivation zone : the TTS layer and the stripping material are oxidized to form soluble oxides . The oxidation of the TTS layer is promoted by the anodic current .

【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL353.13

【參考文獻】

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1 俞燕明;饒錫新;劉勇;王智海;;有色金屬及合金表面機械研磨處理的研究進展[J];熱加工工藝;2016年06期

2 張曉宇;任平弟;蔡振兵;彭金方;劉建華;朱e，

本文編號：1417966