电镀法和CO2反应法制备氢化锆表面氢渗透阻挡层的研究

论文摘要

在核反应堆中,为了对中子进行慢化需要采用慢化剂。氢化锆因比重较小（-5.6g/cm3）,氢含量高（H/Zr原子比可达1.80以上）,使用温度高（<600℃）,小的中子截获面和良好的导热性以及具有较高的高温强度等优点而成为一种理想的空间堆或小型反应堆的慢化剂材料,并开始在重量轻、体积小的反应堆及液态金属冷却的热中子反应堆中付诸应用。 将氢化锆用于反应堆,必须解决的一个关键问题就是它的工作温度。作为中子慢化剂,氢化锆的工作温度为650～750℃,在此温度下,H/Zr原子比大于1.8的氢化锆的分解压远远高于一个大气压,氢化锆中的氢将很容易析出。氢的析出一方面增大了包壳中的压力;另一方面则使氢化锆的H/Zr原子比减小（即氢含量降低）从而降低其中子慢化能力。因此必须使氢化锆结构材料具有尽可能低的氢渗透率。国内外的研究资料表明为了达到降低氢渗透率的目的,通常在结构材料表面建立氢渗透阻挡层。 本论文研究的主要内容就是采用电镀Cr-C的方法和CO2反应法在氢化锆表面建立氢渗透阻挡层。（1） 研究了在氢化锆表面制备氢渗透阻挡层的工艺,以及电镀时间、电镀的电流密度、试样的预处理等工艺参数对制备氢渗透阻挡层的影响。（2） 研究了通过加热氢化锆、高纯二氧化碳和磷,在设定的工艺参数下,通过反应气体在氢化锆表面吸附、离解,然后通过元素扩散和反应生成致密的膜层。（3） 研究了氢渗透阻挡层在700℃的阻氢性能。使用扫描电子显微镜（SEM）观察了氢渗透阻挡层与基体的结合情况;使用了X射线光电子能谱仪（XPS）对氢渗透阻挡层表面元素价态

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 锆及氢化锆
• 1.1.1 锆的基本特性要
• 1.1.2 氢化锆的基本特性
• 1.1.3 氢化锆用于反应堆必须解决的问题
• 1.1.4 氢化锆在反应堆中的应用
• 1.2 氢渗透阻挡层制备的研究现状
• 1.2.1 表面处理技术和镀覆层
• 1.2.2 氢渗透阻挡层
• 1.2.3 氢渗透阻挡层研究中所用到的表面处理方法
• 1.2.4 氢渗透阻挡层研究中所用到的检测方法
• 1.2.5 氢渗透阻挡层制备的研究现状
• 1.3 本论文研究的主要内容及技术路线
• 1.3.1 研究的目的和主要内容
• 1.3.2 研究的技术路线
• 2 氢渗透阻挡层的制备
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 主要原材料
• 2.1.2 主要设备与仪器
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 实验装置图
• 2.3 氢渗透阻挡层的制备工艺
• 2.3.1 氢化锆基体样品准备
• 2.3.2 电镀Cr-C工艺
• 2.3.3 电镀Cr-C制备氢化锆表面氢渗透阻挡层的影响因素
• 2反应法制备氢渗透阻挡层工艺'>2.3.4 CO₂反应法制备氢渗透阻挡层工艺
• 2.4 小结
• 3 氢化锆表面氢渗透阻挡层性能研究
• 3.1 电镀法制备的氢渗透阻挡层的组织形貌与成分分析
• 3.1.1 氢渗透阻挡层的组织形貌
• 3.1.2 氢渗透阻挡层的成分分析
• 2法制备的氢渗透阻挡层的组织形貌与成分分析'>3.2 CO₂法制备的氢渗透阻挡层的组织形貌与成分分析
• 3.2.1 氢渗透阻挡层的组织形貌
• 3.2.2 氢渗透阻挡层的成分分析
• 3.3 X射线光电子能谱（XPS）半定量分析
• 3.4 氢渗透阻挡层阻氢机理分析
• 3.4.1 XPS全谱分析
• 3.4.2 XPS窄谱分析
• 3.5 小结
• 4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 申明
• 致谢