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Cr涂层对Zr-4合金蠕变行为的影响
2024年
报道化学气相沉积Cr涂层对Zr-4合金蠕变性能的影响以及Cr涂层在服役温度下的热稳定性。利用扫描电镜、电子探针显微分析和电子背散射衍射研究样品的显微组织。结果表明:样品Zr-4基体中晶粒呈等轴状,存在明显的<0001>//ND织构。蠕变后涂层样品的Zr-4合金基体中亚晶界数量明显低于无涂层样品Zr-4合金基体中亚晶界数量,表明Cr涂层显著降低了Zr-4合金基体在蠕变过程中承载的应力,提高了合金的抗蠕变性能。Cr涂层在长时间扩散实验中保持高稳定性。涂层在高蠕变应力下(350℃时不小于157 MPa,400℃时不小于137 MPa)出现裂纹。系统总结蠕变断裂的数据,得到了关于稳态蠕变速率与蠕变断裂时间的Monkman-Grant关系式。
左鼎杜沛南罗威陈寰王昱韦天国张瑞谦刘会群
关键词:ZR-4合金蠕变行为显微组织热稳定性
Fe+Cr及Si含量对Zr-4合金耐腐蚀性能的影响
2024年
为了优化国产Zr-4合金的耐腐蚀性能,在420℃、10.3 MPa的高温高压水蒸气加速腐蚀条件下,研究了合金元素Fe+Cr以及杂质元素Si对国产Zr-4合金耐腐蚀性能的影响。结果表明:在美国材料实验学会(ASTM)规定的Fe+Cr含量范围内(0.28 wt%~0.37 wt%,wt%表示质量分数),Fe+Cr含量越高,析出的第二相数目越多、尺寸越大,越有利于材料耐腐蚀性能提升。在420℃水蒸气中腐蚀126 d后,当Fe+Cr含量从0.28 wt%增加到0.37 wt%时,Zr-4合金的腐蚀增重降低约30%。Zr-4合金在1100℃淬火时,当Si含量低至10 mg/kg时,形成粗大的平行板条结构;而增加Si含量到100 mg/kg后,析出的细小Zr_(3)Si为α相提供形核位置,使得组织中出现网篮结构和细小的平行板条结构。网篮结构能促使组织中第二相分布更均匀弥散,因此,高Si含量的Zr-4合金表现出更优良的耐腐蚀性能。
岳慧芳庞华高博高士鑫罗倩倩赵艳丽蒋有荣
关键词:ZR-4合金SI含量耐腐蚀性能
Zr-4合金表面Cr涂层长期水腐蚀行为研究
2024年
采用等离子增强物理气相复合沉积技术在Zr-4合金包壳管材外表面制备Cr涂层,在360℃水中采用高温高压釜对Cr涂层Zr-4合金开展300天的长期耐腐蚀性能研究。研究结果表明:Cr涂层致密且与基体结合良好,涂层内无裂纹、孔洞等缺陷;经300天腐蚀后,对比试样Zr-4表面生成约6μm氧化层,而Cr涂层管材表面生成的纳米级超薄Cr2O3钝化层可阻碍O原子向基体扩散,大幅度提升了锆合金包壳材料的耐腐蚀性能。同时,Cr在中性氧化性水质中将以HCrO4-离子的形式释放于水中,腐蚀300天后,Cr涂层厚度由原来的15μm减薄为6.2μm;半涂层Zr-4管材腐蚀300天后,涂层区与非涂层区界面处生成的ZrO2氧化层厚度约为6.1μm,与对比试样Zr-4管材生成的氧化层厚度相当,Cr和基体Zr-4之间不存在电化学加速腐蚀;Cr涂层试样的腐蚀吸氢约为对比试样Zr-4的1/2,Cr涂层包壳中氢化物的析出明显减少,有利于包壳性能提升。
岳慧芳王彦峰庞华高士鑫耿娟娟
关键词:吸氢
循环应力诱导Zircaloy-4合金晶体学特征
Zircaloy-4(Zr-4)合金包壳是核反应堆安全运行的第一道屏障,在深燃耗服役过程中容易出现疲劳失效。对循环应力作用下Zr-4合金的晶体学特征研究,是理解燃料组件结构稳定性的关键途径,也是制定高燃耗策略的理论基础和...
郭文斌
关键词:循环应力层错孪晶
Nano-refinement of the face-centered cubic Zr(Fe,Cr)_(2)secondary phase particles in Zircaloy-4 alloy via localized-shearing/bending-driven fracture under high-temperature compression
2023年
Nanoparticles are extensively introduced to improve the mechanical,physical,and chemical properties of alloys.In the present study,the underlying nano-refinement mechanisms of face-centered cubic Zr(Fe,Cr)_(2)secondary phase particles(SPPs)that precipitated in Zircaloy-4 alloy under high-temperature compression were investigated in detail by utilizing high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM)and conventional TEM techniques.The frequently observed Zr(Fe,Cr)_(2)SPPs were incoherent with the matrix and exhibited brittle fracture behaviors without measurable plasticity.HRTEM observations revealed two mechanisms underlying the nano-refinement of incoherent micro-sized SPPs via localized shear fracture on{11¯2}SPP and nanoprecipitate-assisted bending fracture,respectively.The latter was,for the first time,found to occur when the movements of large SPPs were blocked by nanometer-sized SPP during alloy deformation.Accordingly,two force models were proposed to visualize their potential nano-refinement processes.The knowledge attained from this study sheds new light on the deformation behaviors of Zr(Fe,Cr)_(2)SPPs and their associated size refinement mechanisms under high-temperature compression,and is expected to greatly benefit the process optimization of zirconium alloys to achieve precipitate nano-refinement.
Fuzhou HanGeping LiFusen YuanWenbin GuoJie RenQichen WangYingdong ZhangAli MuhammadChengze LiuHengfei Gu
预渗氢对Zr-4合金在360℃/LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响
2021年
核反应堆运行时,锆合金包壳的腐蚀和吸氢相伴发生,被锆合金吸收的氢不但会影响锆合金的力学性能,同时对锆合金的耐腐蚀性能也会产生一定的影响,其影响程度与合金成分和腐蚀条件密切相关。氢对Zr-4合金(Zr-1.3Sn-0.2Fe-0.1Cr,质量分数,%)在LiOH水溶液中的耐腐蚀性能影响机理尚不完全清楚。本工作开展了预渗氢对Zr-4合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性能影响规律及其机理的研究。采用气相渗氢法或电解渗氢法对Zr-4合金样品进行渗氢,制备了低氢(20~120μg/g)和高氢(120~250μg/g)样品。将渗氢和未渗氢的样品同时放入高压釜中进行360℃/18.6MPa/0.01mol/LLiOH水溶液的腐蚀试验。采用高分辨扫描电子显微镜(HRSEM)观察氧化膜断口、内表面和外表面形貌;用卷曲法测量氧化膜内应力;采用二次离子质谱仪(SIMS)测定Zr-4样品氧化膜中Li+浓度沿深度方向的分布。研究结果表明:3种氢含量样品在LiOH水溶液中腐蚀时均发生明显的腐蚀转折,但样品中的氢含量越高,转折后的腐蚀速率越小,即耐腐蚀性能越好。与未渗氢样品相比,渗氢样品的氧化膜更加致密,氧化膜/金属(O/M)界面的起伏程度更小,氧化膜显微组织的演化更慢。渗氢样品氧化膜中的应力水平较低,且随氧化膜厚度增加应力下降的趋势更平缓,同时氧化膜中的Li+浓度更低,且沿氧化膜深度方向上Li+浓度下降得更快。这说明合金中的氢可抑制Li+在氧化膜中的扩散、降低氧化膜中的应力水平,延缓氧化膜中空位扩散凝聚形成孔隙、孔隙连通发展成为微裂纹的过程,从而提高了Zr-4合金的耐腐蚀性能。
徐诗彤姚美意毛亚婧梁雪彭剑超周邦新
关键词:锆合金渗氢显微组织耐腐蚀压应力
The influence of microtexture on the formation mechanism of nodules in Zircaloy-4 alloy tube被引量:2
2020年
Corrosion re sistance of Zircaloy-4 alloy tube in superheated steam at 673 K/10.3 MPa is anisotropic.A part of the surface undergoes uniform corrosion while the other suffers nodular corrosion.Narrow and wide nodules are observed after an exposure period of 3 and 30 days,respectively.A new matrix transformation method is established in order to study the formation mechanism of nodules in the cross-section(CS) of Zircaloy-4 alloy tube using the EBSD technique,while the CS perpendicular to axial direction(AD).The results reveal that the microtexture is a key factor behind the two types of corrosion.Furthermore,the oxide layers grow anisotropically over the corroded surface.A thick oxide layer forms over the nodular corrosion region on the grains with c-axis oriented in the range of 40° around tangential direction(TD),whereas a thin oxide layer over the uniform corrosion region is detected on the grains with c-axis oriented in the range of 68° around TD.In short,the anisotropic growth of oxide layer was caused by the change of microtexture of the Zr-4 alloy tube,and this anisotropic growth of oxide layer contributed to the nodules formation.
Yingdong ZhangFusen YuanFuzhou HanMuhammad AliWenbin GuoGeping LiChengze LiuHengfei Gu
关键词:MICROTEXTURE
锆 -4合金包壳长期均匀腐蚀性能研究被引量:1
2020年
在模拟压水堆一回路水条件下,用静态高压釜对锆-4合金进行了8000 h的均匀腐蚀实验,并对氧化膜的厚度进行了测量和计算,对腐蚀增重和均匀腐蚀速率进行了定量评估。结果表明:锆-4合金包壳内外管在模拟压水堆一回路环境下的氧化增重曲线,初始阶段符合立方规律,2500 h后为线性规律。内管在腐蚀时间0~2500 h的氧化增重拟合曲线为y=2.47347 x 1/3;超过2500 h后的拟合曲线为y=9.03343+0.01322 x;外管在腐蚀时间0~2500 h的氧化增重拟合曲线为y=2.47347 x 1/3,超过2500 h后的拟合曲线为y=9.49849+0.01311 x。4.5 a内管氧化膜增厚32.4μm,相当于金属层减薄厚度为20.8μm,远小于锆-4合金内管壁厚的10%。4.5 a外管氧化膜增厚31.5μm,相当于金属层减薄厚度为20.2μm,远小于锆-4合金外管壁厚的10%。考虑到辐照加速腐蚀效应和实际工况,经过4.5 a的模拟反应堆一回路高温高压环境运行,锆-4合金内外包壳管的均匀腐蚀深度均小于包壳名义厚度的10%。
彭德全王辉胡勇
杂质元素(C,Si)对Zr-4合金板材微观结构及耐腐蚀性能的影响被引量:2
2020年
在ASTM标准范围内,利用板材试样研究了杂质元素对Zr-4合金微观结构和耐腐蚀性能的影响。结果表明,降低C含量、提高Si含量,有利于改善Zr-4合金在400℃蒸汽下的耐均匀腐蚀性能。微观分析显示,元素C易于以Zr-C形式在基体相表面富集,其主要通过左右第二相粒子的析出进而影响耐腐蚀性能。C含量越低,淬火过程中坯料越倾向于形成平行板条(PP)结构;C含量越高,越易于形成网篮(BW)结构;而第二相粒子更易于沿平行板条结构的边界析出。当淬火温度低于1200℃时,Si含量对于是否形成平行板条结构没有明显影响。同时,三维原子探针(3DAP)分析显示,Si倾向于以SiO2形式在第二相粒子周围偏聚,推迟或延缓了第二相粒子的氧化过程,进而提升了Zr-4合金的耐腐蚀性能。
储林华袁改焕姚美意高博徐诗彤周邦新
关键词:锆合金第二相粒子偏聚
Zircaloy--4合金管皮尔格冷轧织构演化规律及形成机理
锆合金以其优异的核性能常用于制备核反应堆燃料组件中的包壳管和定位隔架。皮尔格冷轧工艺是生产Zircaloy-4合金包壳管的关键工序。包壳管的织构是影响管材服役性能的关键因素之一,也是近年来研究的热点之一。然而,冷轧过程中...
邓偲瀛
关键词:锆合金织构演变
文献传递

相关作者

程英亮
作品数:53被引量:245H指数:10
供职机构:湖南大学材料科学与工程学院
研究主题:微弧氧化 等离子体电解氧化 合金 电化学阻抗谱 电化学噪声
伍帆
作品数:7被引量:12H指数:3
供职机构:湖南大学材料科学与工程学院
研究主题:ZIRCALOY-4 PEO 合金 性能研究 膜层
吴雪萌
作品数:3被引量:4H指数:1
供职机构:湖南大学材料科学与工程学院
研究主题:PEO 性能研究 合金 膜层 ZIRCALOY-4