纳米组织Zr-4合金腐蚀性能研究

论文摘要

纳米材料由于其优异的性能具有诱人的应用前景,但目前关于纳米晶结构对耐腐蚀性能影响的研究结果互相矛盾,远没有形成对其腐蚀机制一致的看法。因此,研究表面纳米化后锆合金的腐蚀性能,揭示其腐蚀机理,可以为优化现有合金及开发新型合金提供实验依据,同时也可以丰富核材料领域的研究内容,并有助于深入探索材料耐腐蚀性能的影响因素和作用机理。本试验采用高速喷丸技术对Zr-4合金板一侧表面纳米化,并将其放入673k/10.3MPa高温过热蒸汽的高压釜中进行腐蚀,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、EDS分析、透射电子显微镜对其形成的氧化膜生长情况进行了分析,得到以下结论:（1）纳米组织Zr-4合金的腐蚀增重明显小于普通组织Zr-4合金的腐蚀增重,但是纳米组织的腐蚀转折时间要滞后于普通组织的腐蚀转折时间。（2）纳米组织Zr-4合金生成的氧化膜内表面比普通组织Zr-4合金生成的氧化膜内表面平整、光滑,说明纳米组织生成的氧化膜内表面没有出现孔洞簇、或者出现的孔洞簇少于普通组织生成的氧化膜,因此纳米组织生成的氧化膜自身的结合能力和其与金属基体的结合能力均高于普通组织生成的氧化膜。（3）Zr-4合金经过纳米化的处理,降低了氧化膜/金属界面处氧离子的扩散速度,抑制了氧离子与金属的反应,阻碍了氧化膜的增厚,从而提高了合金的抗腐蚀性能。（4）纳米组织Zr-4合金生成的氧化膜中四方相等轴晶增多,四方相等轴晶能够延迟氧化膜结构转变,从而使纳米组织Zr-4合金抗腐蚀能力明显提高。综上所述,在673k/10.3MPa高温过热蒸汽的高压釜中,纳米化Zr-4合金的耐腐蚀性能要比普通Zr-4合金的耐腐蚀性能好,因此我们认为纳米化Zr-4合金耐腐蚀性能的提高与氧化膜内四方氧化锆的含量有直接的关系,而关于纳米化Zr-4合金耐腐蚀性能的机理仍有待进一步的实验研究和分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锆合金的研究进展
• 1.2.1 锆合金的历史和应用
• 1.2.2 锆的冶炼和制备
• 1.2.3 国际上锆合金研究概况
• 1.2.4 国内锆合金的发展
• 1.3 纳米材料的进展
• 1.3.1 纳米材料的性能和应用
• 1.3.2 表面纳米技术
• 1.4 锆合金氧化膜的研究进展
• 1.5 本文研究的目的以及意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 测试方法
• 2.2.1 腐蚀增重的测量
• 2.2.2 氧化膜XRD衍射测试
• 2.2.3 氧化膜扫描电子显微镜（SEM）测试及能量分散谱仪（EDS）分析
• 2.2.4 氧化膜透射电子显微镜（TEM）扫描测试
• 第三章 纳米化Zr-4合金氧化膜XRD分析
• 3.1 前言
• 3.1.1 物相定性分析即固体由哪几种物质构成
• 3.1.2 物相定量分析
• 3.1.3 结晶度的测定
• 3.1.4 宏观应力的测定
• 3.1.5 晶粒大小的测定
• 3.1.6 晶体点阵参数的确定
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 不同组织氧化膜厚度的测量
• 3.2.2 表面纳米化处理对Zr-4合金组织结构的影响
• 3.2.3 普通组织Zr-4合金与纳米组织Zr-4合金氧化膜的XRD谱线
• 3.2.4 普通组织Zr-4合金与纳米组织Zr-4合金氧化膜晶格常数的研究
• 3.2.5 普通组织Zr-4合金与纳米组织Zr-4合金氧化膜微观应力应变的研究
• 3.2.6 普通组织Zr-4合金与纳米组织Zr-4合金氧化膜的物相分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 纳米化Zr-4合金氧化膜形貌组织分析
• 4.1 前言
• 4.2 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 4.2.1 SEM简介
• 4.2.2 实验结果分析
• 4.3 氧化膜EDS分析
• 4.3.1 EDS简介
• 4.3.2 实验结果分析
• 第五章 纳米化Zr—4合金氧化膜微观组织分析
• 5.1 前言
• 5.2 实验结果与讨论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文