Cu对Zr-2.5Nb合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀行为的影响

添加微量合金元素Cu的Zr-2.5Nb-xCu(x=0.2,0.5,质量分数,%)合金样品,经β相水淬、冷轧变形及580℃,50 h和620℃,2 h退火处理,在静态高压釜中进行500℃/10.3 MPa的过热蒸汽腐蚀实验.利用SEM和TEM研究了氧化膜截面的显微组织.结果表明,添加少量Cu可以提高Zr-2.5Nb合金的耐腐蚀性能;合金的耐腐蚀性能与氧化膜中的柱状晶的生长及形态有关,添加合金元素Cu有利于提高锆合金氧化膜中柱状晶比例.并使柱状晶尺寸增大且排列有序,从而提高锆合金的耐腐蚀性能.     

90Nb-10Zr合金在500 ℃过热蒸汽中的腐蚀行为

为深入研究锆合金中β-Nb第二相粒子在500 ℃、10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀行为,利用真空非自耗电弧炉熔炼了β-Nb第二相合金90Nb-10Zr,在静态高压釜中进行500 ℃、10.3 MPa过热蒸汽腐蚀实验,利用XRD、SEM和TEM分析了氧化膜的显微组织。结果表明,90Nb-10Zr合金腐蚀1 h时,外表面与腐蚀介质直接接触被氧化成单斜结构的Nb2O5。腐蚀7 h时,由于腐蚀介质中的氧化性物质需向内扩散才会发生进一步腐蚀,90Nb-10Zr合金表面的氧化膜为双层结构：外层为单斜结构的Nb2O5,内层为四方结构的NbO2;在本研究中没有检测到Zr单独的氧化物。这一氧化过程可以合理解释含Nb锆合金在过热蒸汽中的腐蚀行为与Nb含量的关系。     

Zr-Nb系合金在360℃/20 MPa溶氧水中的腐蚀行为

通过高温高压(360℃/20MPa)动态循环水回路系统,研究了在含1.5mg/L溶解氧的水中,Zr-Nb系合金(M5和E110)的早期腐蚀行为。利用透射电子显微镜(TEM)分析了两种锆合金氧化膜的显微特性,以及氧化膜/基体(O/M)界面特性和靠近界面处β-Nb相的腐蚀行为。结果表明:腐蚀60d后M5与E110合金表面的氧化膜厚度分别为3.2μm与2.1μm。M5合金的腐蚀已经发生转折,而E110合金的未发生转折。两种合金O/M界面处的结构有很大差异,在E110合金的O/M界面处存在ZrO过渡层,这与其氧化膜较慢的生长速率相关。两种合金中靠近O/M界面处的β-Nb相均被部分氧化,溶解氧(DO)可以加速β-Nb相的氧化。     

β-(Nb,Zr)第二相合金在360℃去离子水中的腐蚀行为

为了研究锆合金中β-Nb第二相粒子的腐蚀行为,利用真空非自耗电弧炉熔炼了2种β-(Nb,Zr)第二相合金,分别为90Nb-10Zr合金和50Nb-50Zr合金,在静态高压釜中进行360℃、18.6 MPa、去离子水的腐蚀实验,利用带EDS的SEM和TEM分析腐蚀生成氧化膜的显微组织。结果表明:90Nb-10Zr合金与50Nb-50Zr合金的氧化产物都为非晶氧化物与晶态氧化物,其中90Nb-10Zr合金腐蚀生成的晶态氧化物为单斜结构的Nb_2O_5,而50Nb-50Zr合金腐蚀生成的晶态氧化物为四方结构的(Zr,Nb)O_2。     

退火工艺对Zr-Sn-Nb-Fe-Si合金耐腐蚀性能的影响EI北大核心CSCD

SZA-6(Zr-(0.35~0.65)Sn-(0.35~0.65)Nb-(0.15~0.45)Fe-(0.01~0.02)Si)合金经β相区水淬后经500和580℃保温5~50 h,通过静态高压釜腐蚀实验研究样品在400℃、10.3 MPa过热蒸汽和360℃、18.6 MPa、0.01 mol/L LiOH水溶液中的腐蚀行为。并利用SEM、TEM和EDS研究合金的显微组织,包括第二相的尺寸、分布与种类。结果表明:经500℃退火处理的样品发生部分再结晶,经580℃退火处理的样品发生完全再结晶,退火时间对第二相尺寸的影响也不明显,退火时间对第二相尺寸的影响不明显;合金中的第二相主要是密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)_2、四方的Zr_5Si_4以及正交的Zr_3Fe;SZA-6合金在400℃、10.3 MPa过热蒸汽与360℃、18.6 MPa、0.01 mol/L LiOH水溶液中的耐腐蚀性能均随着退火温度的升高而变差,退火时间对SZA-6合金的耐腐蚀性能影响不大。     

退火工艺对Zr-Sn-Nb-Fe-Si合金耐腐蚀性能的影响

SZA-6(Zr-(0.35~0.65)Sn-(0.35~0.65)Nb-(0.15~0.45)Fe-(0.01~0.02)Si)合金经β相区水淬后经500和580℃保温5~50 h,通过静态高压釜腐蚀实验研究样品在400℃、10.3 MPa过热蒸汽和360℃、18.6 MPa、0.01 mol/L LiOH水溶液中的腐蚀行为。并利用SEM、TEM和EDS研究合金的显微组织,包括第二相的尺寸、分布与种类。结果表明:经500℃退火处理的样品发生部分再结晶,经580℃退火处理的样品发生完全再结晶,退火时间对第二相尺寸的影响也不明显,退火时间对第二相尺寸的影响不明显;合金中的第二相主要是密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)_2、四方的Zr_5Si_4以及正交的Zr_3Fe;SZA-6合金在400℃、10.3 MPa过热蒸汽与360℃、18.6 MPa、0.01 mol/L LiOH水溶液中的耐腐蚀性能均随着退火温度的升高而变差,退火时间对SZA-6合金的耐腐蚀性能影响不大。     

β相水淬对Zr-4合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响

采用β相水淬处理后再经480-600℃保温2-200 h的工艺,研究了β相水淬对Zr-4合金在360℃/18.6 MPa和0.01 mol/L LiOH水溶液中腐蚀行为的影响;用TEM和HRSEM分别观察了合金的显微组织和氧化膜断口形貌.结果表明:β相水淬时控制合适的冷却速率,避免残留β-Zr的生成,提高固溶在α-Zr基体中Fe和Cr含量,Zr-4合金也可获得与Zr-Sn-Nb合金一样优良的耐腐蚀性能.但当β相水淬速率过快时,由于残留β-Zr的存在使Zr-4合金的耐腐蚀性能降低;而随后进行480-600℃退火处理,随着退火温度的升高和退火时间的延长,β相水淬快冷样品的耐腐蚀性能得到明显改善,这主要与残留β-Zr的分解有关.     

Zr-xNb-0.15Fe-0.05Cu-0.05Ge合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能

利用高压釜腐蚀试验研究了Zr-x Nb-0. 15Fe-0. 05Cu-0. 05Ge(x=0. 7,1,1. 3,1. 6,质量分数,%)合金在400℃/10. 3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能。使用SEM和TEM分别观察了合金和氧化膜的显微组织。结果表明:随着Nb的质量分数从0. 7%增加至1. 6%,试验合金的耐腐蚀性能逐渐下降。合金中的第二相为体心立方结构的β-Nb(bcc-β-Nb)相与含有Cu和Ge的密排六方结构的Zr(Nb,Fe)_2(hcp-Zr(Nb,Fe)_2)相,随着Nb含量的增加,主要第二相由Zr(Nb,Fe)_2相逐渐转变为β-Nb相,且呈条带状。Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb第二相相对含量的变化对合金的耐腐蚀性能有较大影响。具有较大P. B.比、且呈条带状分布的β-Nb相促进了氧化膜中微裂纹的扩展,而且大量的β-Nb相氧化所产生的体积膨胀会影响氧化膜柱状晶的生长,增加了氧化膜中的内应力,促进孔隙和微裂纹形成,从而降低了合金的耐腐蚀性能。     

加工工艺对N18锆合金在360℃/18.6MPa LiOH水溶液中腐蚀行为的影响

将经过不同加工工艺处理的N18锆合金样品放入高压釜中,在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中进行310 d的长期腐蚀,用TEM和SEM观察样品的显微组织,研究加工工艺对N18合金腐蚀行为的影响.结果表明,样品在冷轧退火处理之前进行β相水淬处理,得到尺寸在几十纳米均匀弥散分布的第二相,其耐腐...     

稳定化退火对5E61铝合金腐蚀性能的影响

经冷作硬化的中高Al-Mg合金,由于Mg元素过饱和度较高,室温下长期放置会在晶界处析出连续分布的网状β相,严重影响合金的抗腐蚀性能。因此,需对中高镁Al-Mg合金进行稳定化退火处理,使β相在合金晶内和晶界处弥散析出,提高合金的腐蚀性能。通过对5E61铝合金进行不同温度和时间的稳定化退火处理,确定合金稳定化退火区间,并对稳定化退火后的5E61铝合金进行100℃/168 h的敏化处理,测试合金敏化处理后的腐蚀性能,分析合金中β相在敏化处理后的析出情况,确定合金最佳稳定化退火工艺。     

Zr-2.5Nb合金在500℃/10.3MPa过热蒸汽中腐蚀形成的O/M界面特征的APT研究

合金耐腐蚀性能的差异被认为是合金表面形成的具有保护作用的氧化物结构差异所导致的。为了表征氧化层的微结构,利用原子探针层析技术(APT)和扫描电镜(SEM)研究了Zr-2.5Nb合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀16 h后,其氧化膜/基体(O/M)界面处的三维原子分布和显微组织。结果表明:在Zr O2生成之前,存在Zr/O比接近1的氧化物前驱相; Zr O层中Nb的含量很低,位于该氧化层中的β-Nb第二相中的Nb元素几乎不向外扩散,Fe元素偏聚在Zr O2与Zr O层界面处;β-Nb第二相的抗氧化性能高于基体,Fe元素偏聚在氧化后的β-Nb第二相与基体的界面处。     

含Nb锆合金中第二相的吸放氢性能

参照含Nb锆合金中第二相的成分,熔炼了(Zr,Nb)_2Fe,Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb合金.成分测试结果表明,所炼合金的成分与锆合金中的第二相相同.XRD分析结果表明,除(Zr,Nb)_2Fe外,Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb合金的相结构也与锆合金中的第二相相同.备合金的压力-成分-温度(P-C-T)曲线和吸放氢动力学曲线表明,3种合金和纯Zr的可逆吸放氢能力按Zr(Nb,Fe)_2,(Zr,Nb)_2Fe,β-Nb和Zr顺序依次减弱.     

添加2wt％ Cu对Zr-4合金显微结构和耐腐蚀性能的影响

研究了在Zr-4合金中添加2 wt％ Cu的合金显微组织及其在500℃和10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能.结果表明,该合金经过热轧、冷轧以及经2h、580℃真空退火处理后,得到以α-Zr为基体的显微组织,合金中主要存在四方结构的Zr2Cu和密排六方结构的Zr(Fe,Cr,Cu)2第二相,Zr2Cu相有长度1～4 μm、厚度约1μm的片状和直径300～500 nm的球形两种形态,并且都会富集一定量的Fe元素.在10.3 MPa、500℃过热水蒸汽中,添加2 wt％Cu的Zr-4合金不发生疖状腐蚀,表明Cu是改善锆合金耐疖状腐蚀性能的有益元素.     

Zr-2.5Nb合金在550℃/25MPa超临界水中腐蚀时的氢致α/β相变

Zr-2.5Nb合金经a相水淬及冷轧变形后,再经过580℃/5 h和650℃/2 h的热处理,在静态高压釜中进行550℃/25 MPa超临界水腐蚀实验.用电子显微镜研究了腐蚀前、后合金基体的显微组织.结果表明在550℃/25 MPa超临界水中腐蚀到一定程度后,合金基体内会形成氢稳定的β-zr相,同时合金元素Nb扩散进入该相,形成富Nb/H的β-Zr相.该相在降温过程中发生分解,形成ZrHx、α-Zr和Nb含量不同的Zr-Nb相组织.     

锆合金在550℃，25MPa超临界水中的腐蚀行为

选用了Zr-4，N18（NZ2），N36（NZ8）和M5等4种比较典型的锆合金，在口相水淬及变形后，经过580℃，5h和650℃，2h的热处理，用静态高压釜腐蚀试验研究了锆合金样品在550℃，25MPa超临界水中的耐腐蚀性能。结果表明，4种合金样品的耐腐蚀性能差别明显，Zr-4合金会发生疖状腐蚀，而含Nb的N18（NZ2），N36（NZ8）和M5是均匀腐蚀。获得数量多，分布均匀的纳米尺度的第二相颗粒，对改善锆合金在超临界水中的耐腐蚀性能是有利的，但远不如合金成分的影响巨大。调整合金成分是改善锆合金耐超临界水腐蚀性能的主要途径。     

退火工艺对Zr-0.8Sn-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge合金耐腐蚀性能的影响

利用静态高压釜腐蚀实验和SEM、TEM/EDS分析方法,以Zr-0.8Sn-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge合金为对象,研究了β相水淬后不同退火工艺对合金的显微组织及在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响。结果表明:500℃退火处理的样品发生了部分再结晶,退火时间对第二相尺寸的影响不明显;580℃退火处理的样品发生了完全再结晶,并且随着退火时间的延长,第二相的尺寸增大;合金元素主要以密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)_2、四方的Zr_3Ge和正交的Zr_3Fe第二相析出;该合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能随着退火温度的升高和退火时间的延长而提高。     

高温预氧化膜锆合金的腐蚀性能

南韩高等工程研究院和汉阳大学材料科学与工程系对用于核燃料包套的锆-4合金表面进行了预氧化处理，并研究了处理后的合金在360℃下的腐蚀性能。他们将常规的锆-4合金用20ψ%氧气加80ψ%氩气的混合气体分别在700℃和1100℃下退火以形成预氧化膜，随后将形成预氧化膜的合金在装有纯净水的高压釜中进行氧化试验，试验温度为360℃，压力为1800MPa。合金在混合气体中预氧化时形成的预氧化膜厚度与氧化时间的关系可用下式描述：     

Zr-Sn-Nb合金耐疖状腐蚀性能的研究

把N18（NZ2）锆合金样品经过多种不同的热处理后，用高压釜在500℃，10．3MPa过热蒸汽中进行腐蚀试验，研究了它们的耐疖状腐蚀性能。结果表明：无论是将样品加热到β相，α＋β双相还是α相后，快冷还是缓冷，它们经过1100h腐蚀后都没有出现疖状腐蚀。说明在Zr-Sn合金中再添加合金元素Nb后，对疖状腐蚀产生了“免疫性”。样品在500℃过热蒸汽中的腐蚀增重动力学曲线仍可分为两个阶段，转折发生在氧化膜厚度大约为3μm时。     

Zr-4合金表面氧化膜的电化学阻抗谱特征

电化学阻抗谱是分析锆合金表面氧化膜结构及其演化行为的有效方法。利用10%HCl溶液研究了锆合金在400 ℃, 10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀后的表面氧化膜电化学阻抗行为。结果表明：锆合金过热蒸汽腐蚀初期表面氧化膜的阻抗谱为单一容抗弧,随着腐蚀进行而演变为双容抗弧。氧化膜表现为双层膜结构特征。氧化膜阻挡作用的降低是锆合金过热蒸汽腐蚀发生转折的一个原因。锆合金中第二相粒子对氧化膜阻抗谱及合金耐蚀性有较大影响     

氧化膜结构及内应力对新锆合金腐蚀机理的影响

采用XRD和Raman光谱技术对NZ2锆合金在360℃,18.6 MPa含锂水和400℃,10.3 MPa蒸汽中腐蚀不同时间后氧化膜的内应力及晶体结构进行测试,通过SEM对氧化膜的显微结构进行表征.结果表明,随着腐蚀时间的延长,NZ2合金氧化膜中四方相含量不断降低,单斜相含量不断升高,发生四方相向单斜相转变.当氧化膜厚度达到2 mm时,出现了立方相.氧化膜中四方相含量越高,锆合金的耐腐蚀性能越好.氧化膜内应力及显微结构的研究结果表明,NZ2合金氧化膜内有高的压应力存在.氧化开始阶段,随着腐蚀过程的进行,氧化膜内部压应力增加.当氧化膜厚度达到2 mm时,氧化膜中压应力超过临界值,氧化膜发生破裂,应力释放发生.裂纹降低了氧化膜的保护性,腐蚀转折发生.转折后氧化膜内压应力很低,而且基本保持恒定.因此,腐蚀转折与氧化膜内压应力的突然释放密切相关.氧化膜中压应力越高,四方相越稳定,耐腐蚀性能越好.同时,探索了氧化膜中四方相和立方相的稳定机理,建立了新锆合金的腐蚀机理模型.