納米結(jié)構(gòu)鋯金屬電子行為及其腐蝕性能影響研究.pdf

1、本論文在Wagner理論和固體電子理論的基礎(chǔ)上，從納米鋯金屬的特點(diǎn)和自由電子假設(shè)出發(fā)，將電導(dǎo)率與電子的平均自由程及晶粒尺寸聯(lián)系起來，探討納米鋯金屬的晶粒尺寸與晶格畸變的關(guān)系，以及在納米尺度下，鋯金屬中電子的行為特征?；陔娮永碚摵碗娮咏换プ饔醚芯浚M計(jì)算了不同溫度下晶粒尺寸對(duì)鋯合金費(fèi)米能、電阻率和腐蝕速率常數(shù)的影響。建立了納米結(jié)構(gòu)鋯金屬費(fèi)米能、電阻率和腐蝕速率一晶粒尺寸關(guān)系模型。模型計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。同時(shí)這些模型也適用于其它納米

2、結(jié)構(gòu)金屬和合金腐蝕速率的計(jì)算和預(yù)測(cè)。
　　 本論文從凝聚態(tài)物理的角度進(jìn)行了理論研究和計(jì)算，結(jié)果證明，納米晶粒尺寸下鋯合金的速率常數(shù)低于普通晶粒鋯合金的速率常數(shù)，同時(shí)，隨著納米晶粒尺寸的減小鋯合金的腐蝕速率常數(shù)也降低，納米化處理提高了鋯合金的耐腐蝕性能。主要研究如下：
　　 1.通過對(duì)納米結(jié)構(gòu)鋯金屬晶粒尺寸和晶格畸變的理論研究，推導(dǎo)了納米鋯金屬的晶粒尺寸和溫度對(duì)晶格畸變影響的關(guān)系式，建立了晶粒尺寸與晶格畸變，溫度與品格畸變

3、的關(guān)系模型。結(jié)果表明：晶格畸變?cè)?0—400℃之間隨溫度升高而增加，變化率約為3.0×10-3；納米微粒的晶格畸變量隨著微粒的尺寸減小而增大。
　　 2.由金屬電子論和自由電子氣模型出發(fā)，通過分析系統(tǒng)晶格畸變和晶粒尺寸、費(fèi)米能及費(fèi)米速度的關(guān)系，推導(dǎo)了晶格畸變與費(fèi)米能和費(fèi)米速度的關(guān)系式，聯(lián)系晶粒尺寸與電子平均自由程和有效電子平均自由程的關(guān)系，以及電子有效平均自由程與電阻率和費(fèi)米速度的關(guān)系式，計(jì)算了不同晶粒尺寸和溫度時(shí)鋯金屬的費(fèi)米速

4、度和費(fèi)米能值隨晶格畸變的變化，結(jié)果表明：費(fèi)米速度和費(fèi)米能隨著晶粒尺寸的增加而增大。
　　 3.從經(jīng)典電子模型和電子動(dòng)力學(xué)方程出發(fā)，研究了納米鋯金屬中電子的行為；運(yùn)用Wagner的氧化理論，研究了納米鋯金屬的氧化腐蝕性能。結(jié)果表明：隨著晶粒尺寸減小，晶格畸變變大，電導(dǎo)率減小，電阻率增大。
　　 4.在Wagner金屬氧化理論基礎(chǔ)上，研究了納米結(jié)構(gòu)鋯合金腐蝕速率與晶粒尺寸關(guān)系模型，模擬計(jì)算了不同溫度下晶粒尺寸對(duì)鋯合金腐蝕速率

5、常數(shù)的影響。對(duì)比了納米Zr—4合金在673K/10.3MPa水蒸氣中的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出模型數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合很好，說明了模型的合理性。納米晶粒由于尺寸的減小引起尺寸效應(yīng)，導(dǎo)致平均自由程的改變，電子行為受到晶粒、晶界的限制，晶粒尺寸減小晶界增多，由于界面的量子效應(yīng)，導(dǎo)致電子交互作用發(fā)生異常，從而導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)晶體與普通粗晶組織不同的腐蝕機(jī)理。
　　 5.利用實(shí)驗(yàn)手段考察了表面納米化處理對(duì)Zr—4合金腐蝕性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：納