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鈾表面脈沖激光N、C摻雜及抗腐蝕性能研究

發(fā)布時間:2024-02-25 20:54
  金屬U具有特殊的核性能,在國防、核能領(lǐng)域有著廣泛而重要的應(yīng)用。然而U的化學(xué)性質(zhì)十分活潑,在自然環(huán)境中極易腐蝕且腐蝕速度很快。鈾的腐蝕一般都是從表面開始的,因此利用表面處理技術(shù)延緩甚至克服鈾的腐蝕一直受到廣泛關(guān)注。鈾的腐蝕會影響鈾部件的使役性能,因此對鈾表面進(jìn)行摻雜處理使其具備優(yōu)異的耐腐蝕性能及獲得耐腐蝕機理的認(rèn)識成為了本文的核心關(guān)切。鈾表面脈沖激光摻雜具有摻雜元素分布均勻,滲入深度可控;摻雜改性層與基底之間屬于冶金結(jié)合,不存在脫落風(fēng)險;工件整體溫升小,對基體幾乎無影響等優(yōu)點。本文選用脈沖激光摻雜技術(shù)作為鈾表面N、C摻雜改性的方法,對N、C摻雜改性層的微觀結(jié)構(gòu)及氧化行為進(jìn)行了研究,并發(fā)現(xiàn):U表面N、C單一摻雜改性層主要成分為UN和UC,摻雜改性后樣品表面主要分布UO2,淺表層各自分布有一定數(shù)量的UNxOy、UCxOy,暴露O2條件下的初始氧化行為研究表明UNxOy、UCxOy的耐氧化性能顯著強于UN、UC,而UN、UC的耐氧化性能又強于金屬U。UN和UC氧化后的產(chǎn)物分布表明O濃度對氧化腐蝕反應(yīng)有重要影響,UN、UC與O反應(yīng)生成含O氮、碳化物,當(dāng)O的濃度處于低水平時,氧化產(chǎn)物為UNxOy、...

【文章頁數(shù)】:154 頁

【學(xué)位級別】:博士

【部分圖文】:

圖1.1?u原子核鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)示意圖m??通過對u的性質(zhì)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其具有高密度、高化學(xué)活性、天然放射性、??可在中子誘發(fā)下發(fā)生核裂變反應(yīng)等特性

圖1.1?u原子核鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)示意圖m??通過對u的性質(zhì)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其具有高密度、高化學(xué)活性、天然放射性、??可在中子誘發(fā)下發(fā)生核裂變反應(yīng)等特性

面脈沖激光N、C摻雜及抗腐蝕性能研究???子具有很高的引起235U裂變的截面。1942年,在Columbia大學(xué)和Chicago大學(xué),??實現(xiàn)了天然U的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。235U俘獲中子并在中子誘發(fā)下發(fā)生核裂變反應(yīng),??同時釋放出2?3個中子(該中子稱為瞬發(fā)中子,核裂變產(chǎn)物釋放的中子....


圖1.2金屬U在H20、空氣、C02、CO中氧化速率關(guān)于溫度的變化[161??3??

圖1.2金屬U在H20、空氣、C02、CO中氧化速率關(guān)于溫度的變化[161??3??

?鈾表面脈沖激光N、C摻雜及抗腐蝕性能研究???提供了世界總發(fā)電量的10%左右[15]。??然而,U具有很高的化學(xué)活性,容易與其他介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而引起一系列的變??化,進(jìn)而導(dǎo)致U材料出現(xiàn)腐蝕問題,接下來將針對U的腐蝕問題進(jìn)行專門討論。??1.1.2?鈾的腐蝕??U作為輕錒系金屬,外....


圖1.3鈾的氧化物表面存在超化學(xué)計量比的U02+x分布???圖1.3顯示Heming?He等人觀察到了?U在氧化后的表面存在超化學(xué)計量比??

圖1.3鈾的氧化物表面存在超化學(xué)計量比的U02+x分布???圖1.3顯示Heming?He等人觀察到了?U在氧化后的表面存在超化學(xué)計量比??

顏色逐漸變?yōu)楹诤??色(U3〇7/U4〇9),此時的氧化物不在具有保護(hù)性。溫度升高到一定值時(大于??275°C),該氧化物會進(jìn)一步氧化成U3〇8?[21]。對于多數(shù)鈾的氧化物,O能夠相對??容易通過晶格中的空位繼續(xù)向材料內(nèi)部輸運,使得氧化腐蝕反應(yīng)會持續(xù)不斷的進(jìn)??行下去,說明依....


圖1.4不同溫度、100%濕度條件下U的腐蝕情況l25l??U-H2O反應(yīng)相較于U-O2反應(yīng)不僅速度快,從反應(yīng)方程式(1-3)可以發(fā)現(xiàn)U-??H2〇反應(yīng)產(chǎn)物通常包含一定量H2,?M.M.BAKE等人[25]研究了?U+H20反應(yīng)過??程中H2的釋放情況(圖1.5),H2的釋放是明顯存在的,結(jié)果表明H2〇引起U的??

圖1.4不同溫度、100%濕度條件下U的腐蝕情況l25l??U-H2O反應(yīng)相較于U-O2反應(yīng)不僅速度快,從反應(yīng)方程式(1-3)可以發(fā)現(xiàn)U-??H2〇反應(yīng)產(chǎn)物通常包含一定量H2,?M.M.BAKE等人[25]研究了?U+H20反應(yīng)過??程中H2的釋放情況(圖1.5),H2的釋放是明顯存在的,結(jié)果表明H2〇引起U的??

合能力較弱,H+重新組合生成H2,并自發(fā)逸出。吸附、??解離過程通常要持續(xù)到整個表面被氧化物層覆蓋,之后H2〇的吸附機理發(fā)生改??變,在沒有了表面U促進(jìn)離解的作用后,H2〇或H2在氧化物的晶格中與0鍵??合,并形成多層吸附H20。通過H鍵鍵合的表面Off離子和通過化學(xué)吸附的表??....



本文編號:3910841

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