CO-,2-反應(yīng)法制備氫化鋯表面阻氫滲透層的研究.pdf

1、CO<,2>反應(yīng)法制備氫化鋯表面氫滲透阻擋層的研究材料加工工程隨著世界對“核能”需求的增長，對核反應(yīng)堆材料的要求也越來越高。氫化鋯因其中子截面小、比重較輕、氫含量高、使用溫度高和良好的導(dǎo)熱性等優(yōu)點，成為一種理想的空間堆和小型反應(yīng)堆的慢化劑材料，并已在脈沖堆中得到應(yīng)用。 作為中子慢化劑的氫化鋯工作溫度為650～750℃，而氫化鋯在550℃下就會開始析氫。氫的析出一方面增大了包殼中的壓力，另一方面則使氫化鋯的氫含量降低，從而降低其中

2、子慢化能力。所以，在高溫下阻止或減緩氫化鋯中氫的析出，是能否將其應(yīng)用于小型反應(yīng)堆中必須解決的一個關(guān)鍵問題。 國內(nèi)外的研究資料表明對鋯合金表面進行處理，即建立保護層，是最經(jīng)濟和最有效的提高鋯合金防腐蝕和阻止氫滲透性能的方法。本論文研究采用CO<,2>氣固反應(yīng)法在氫化鋯表面生成一致密的氧化膜作為阻氫滲透層。此法不受工件的外形限制、工藝簡單、設(shè)備要求低，能在保證結(jié)構(gòu)材料的整體性質(zhì)的前提下在鋯合金表面生成致密的保護膜。 本論文通

3、過對經(jīng)不同時間長度CO<,2>氣固反應(yīng)得到氫化鋯試樣表面氧化膜形貌和成分分析、700℃表面氧化層抗CO<,2>氧化腐蝕測試分析、氫化鋯700℃不同氣氛下的放氫實驗、不同氧化膜化學(xué)性能測試的現(xiàn)象及結(jié)果分析，來說明以下問題：氧化動力學(xué)與氧化膜成分、性質(zhì)、組織和缺陷的關(guān)系，氧化膜及基體金屬內(nèi)的應(yīng)力特性與防腐蝕性能的關(guān)系，氧化機制參數(shù)中時間和緩蝕劑的影響，晶體結(jié)構(gòu)對阻氫性能的影響。 研究的結(jié)果表明，使用CO<,2>氣固反應(yīng)法能在氫化鋯表

4、面生成致密的氧化層，其阻氫機理是非化學(xué)計量式的氧化鋯晶體結(jié)構(gòu)中氧和鋯離子平均間隙約為0.05nm到0.09nm，小于氫原子的直徑約為0.105nm，所以氫很難通過完好致密的氧化膜。在700℃不同氛圍的模擬實驗中該層CO<,2>腐蝕氣氛中生成化學(xué)計量式的ZrO<,2>氧離子直徑是0.264nm，陰氧離子空位為氫原子在ZrO<,2>晶格中擴散提供了極好的條件，且ZrO<,2>相還可產(chǎn)生應(yīng)力引起氧化膜的機械破裂導(dǎo)致析氫。本實驗還分析了P作為氧