基于多频涡流技术的燃料棒包壳管氧化膜厚度测量方法

核燃料棒包壳管表面的氧化膜会影响其导热性能,使燃料棒的温度上升,加快燃料包壳的腐蚀速度,给反应堆带来潜在安全风险。故有必要对氧化膜厚度进行精确测量。为此,构建了燃料棒包壳管的三维有限元仿真模型,对燃料包壳多频检测进行了分析,总结了激励频率、包壳管电导率和金属涂层厚度对氧化膜测量结果的影响规律;提出了融合多频测量数据,抑制干扰因素影响,精确计算氧化膜厚度的方法,并进行了试验验证。结果表明,该方法的氧化膜厚度计算误差小于1μm,可用于燃料包壳管氧化膜厚度的量化表征。

热加工铝5A06材料化学氧化膜的色差控制技术

设计并加工了铝5A06的热处理、氩弧焊以及电子束焊工艺样件。分别对3种样件进行了SEM形貌分析、能谱分析,分析结果表明3种处理方法均在样件表面生成了氧化膜,氩弧焊、电子束焊样件在热影响区、焊缝区形成了第二相。首先采用30%的盐酸去除热处理、氩弧焊以及电子束焊样件表面的氧化膜,然后按照1∶3的比例采用HF酸和HNO_(3)的混合酸对3种样件进行酸侵蚀,最后对其进行化学氧化处理,结果表明3种样件表面的化学氧化膜色泽基本一致。

己二酸铵对铝合金硬质氧化膜性能的影响

选用2024铝合金作为基体,分别在不添加和添加己二酸铵的硫酸电解液中制备硬质氧化膜,并研究己二酸铵浓度对硬质氧化膜的微观形貌、化学成分、厚度、硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明:添加适量己二酸铵促进形成较致密的硬质氧化膜,并使硬质氧化膜增厚,硬度增大且耐磨性能和耐腐蚀性能明显提高。添加20 g/L己二酸铵制备的硬质氧化膜表面均匀性和致密性最好,厚度和硬度分别达到21.2μm、380.8 HV,摩擦系数和磨损失重仅为0.52和0.87 mg,并且腐蚀电流密度与铝合金基体相比降低了超过一个数量级,表现出更好的综合性能。但是添加己二酸铵并未改变硬质氧化膜的元素组成,所以硬质氧化膜的综合性能提高主要归因于添加适量己二酸铵参与了硬质氧化膜形成过程,并影响了铝离子传导过程,从而促使硬质氧化膜增厚且致密性改善。

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

锆合金氧化膜及基体中氧的扩散

锆合金氧化膜及基体中氧的扩散系数是锆合金腐蚀动力学中的重要参数,目前文献报道的氧在锆及氧化膜中的扩散系数数值差异较大。本文通过真空退火试验,得到不同温度下氧化膜中氧浓度分布,计算了氧在锆合金基体中的扩散系数;通过氧化膜的等效扩散模型,由腐蚀转折前的腐蚀增重曲线,估算锆合金氧化膜中氧的扩散系数,得到Zr-Sn-Nb合金基体中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_(Zr)(cm^(2)/s)=0.18exp(-180 000/RT);通过转折前的腐蚀增重曲线,估算得到氧化膜中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_(ox)(cm^(2)/s)=3×10^(-7)exp(-101 550/RT)。

汽车铝合金外饰件阳极氧化膜开裂原因及预防措施

铝合金具有良好的导热性、导电性及耐腐蚀性,在汽车外饰件轻量化开发中得到广泛应用。铝合金表面阳极氧化后,材质的硬度、耐磨性及耐腐蚀性都显著提高。但是在高温环境和冲切、弯折等加工过程中,铝合金外饰件表面氧化膜容易发生破裂,影响汽车产品外观和性能。该文介绍汽车铝合金外饰件阳极氧化工艺及氧化膜结构,并探讨汽车铝合金外饰件阳极氧化膜开裂原因及预防措施,为此类汽车零件的生产和工艺开发提供助力。

合金元素Sn,Nb对锆合金腐蚀氧化膜相稳定性影响的第一性原理研究

锆合金的水侧腐蚀是核燃料棒包壳材料设计的关键问题之一.包壳材料的耐腐蚀性能与锆合金氧化膜中t-ZrO_(2)含量和t-m相变密切相关.目前,Zr-Sn-Nb系合金是新型锆合金发展的主流方向.合金元素Sn,Nb在氧化膜中可呈现多种价态,显著影响ZrO_(2)稳定性,然而Sn,Nb对t-ZrO_(2)含量和t-m相变的影响机制尚不明晰.本文基于第一性原理计算了不同价态Sn,Nb掺杂ZrO_(2)的晶体结构性质、形成焓和氧空位形成能,从原子尺度揭示了Sn,Nb对ZrO_(2)稳定性的影响机理.研究表明Sn^(2+),Nb^(3+)引起显著晶格膨胀;Sn^(4+)则造成轻微晶格膨胀,而Nb^(5+)引起晶格收缩,可见高氧化态下Nb比Sn更利于减小氧化膜的内应力.低价合金元素降低ZrO_(2)稳定性,且会增大t,m相形成能差距;高价的Nb^(5+),Sn^(4+)均可提高t-ZrO_(2)相对稳定性从而抑制t-m相变,其中Nb^(5+)效果显著,Sn^(4+)则作用微弱.0—3.5 GPa范围内,t-ZrO_(2)相对稳定性随压力增大而增强.合金元素的低价态比高价态更利于在t-ZrO_(2)中形成氧空位,因而在氧化膜/金属界面附近低氧化态区域,低价元素和压应力是稳定t-ZrO_(2)的主要因素.通过电子结构分析,发现氧空位形成能与合金元素离子和氧空位间的电荷转移幅度(或电子局域化程度)呈正相关.这些结果有助于针对锆合金耐腐蚀性的成分优化和结构设计.

316LN不锈钢在除氧高温水中表面氧化膜的多层结构

在钛合金高压釜中对316LN不锈钢进行了除氧高温水中浸泡试验。采用X射线衍射、扫描电镜观察和透射电镜测试浸泡试验后316LN不锈钢表面生成氧化膜的特征。结果表明:外层氧化物中富铁、含镍且铬含量很低;内层氧化膜中富铬含铁和镍,表现为两个细分区域。靠近金属基体的过渡区中主合金元素和氧的浓度梯度大;而在该过渡区与外层氧化膜之间的准均匀区,元素浓度梯度较小,表现为铬含量逐渐增大,镍和铁含量逐渐减小。在内层氧化膜与外层氧化膜之间出现主要合金元素及氧含量的陡变。

酸性停堆温度对模拟压水堆一回路环境中304L不锈钢表面氧化膜的影响

以压水堆一回路系统构件常用材料304L不锈钢为研究对象,采用高温高压循环回路模拟现场工艺在材料表面制备氧化膜,在此基础上开展了两种温度的酸性停堆工艺试验,并对比分析了酸性停堆温度对材料表面氧化膜的形貌、元素组成和物相结构的影响。结果表明:经预处理1000 h后,304L不锈钢表面形成了双层氧化膜结构,外层氧化膜为镍铁尖晶石Ni_(x)Cr_(y)Fe_(3-x-y)O_(4),内层氧化膜为富铬尖晶石Ni_(x)Fe_(y)Cr_(3-x-y)O_(4),其厚度均小于0.1μm;经170℃酸性停堆工艺处理480 h后,304L不锈钢内外层氧化膜均发生了显著的溶解,内层氧化膜的溶解导致氧化膜与金属基体的界面模糊;经60℃酸性停堆工艺处理480 h后,304L不锈钢表面尖晶石氧化物并未发生显著溶解,表面分布少量大颗粒状尖晶石氧化物,氧化膜与金属基体的界面较为清晰。

建筑铝材在不同电解液体系中阳极氧化及氧化膜性能比较

为进一步提高建筑行业常用6063铝合金的耐腐蚀性能,从而延长建筑构件的使用寿命,分别在纯硫酸电解液、硫酸与硼酸混合电解液、硫酸与柠檬酸混合电解液、硫酸与甘油混合电解液以及硫酸与硼酸、柠檬酸和甘油混合电解液体系中对6063铝合金进行阳极氧化,并比较不同氧化膜的形貌特征、厚度、物相结构和耐腐蚀性能。结果表明:不同氧化膜都具有多孔密布的形貌特征,厚度相近并且由ɑ-Al_(2)O_(3)相和γ-Al_(2)O_(3)相组成,但孔隙率和表面致密性明显不同,导致耐腐蚀性能存在差异。在混合酸电解液体系中制备的氧化膜孔隙率最低,仅为12.1%,表面致密性最好并且具有最正的腐蚀电位−0.511 V、最低的腐蚀电流密度1.15×10^(-6)A/cm^(2)和最高的极化电阻22.05 kΩ·cm^(2),经过96 h盐雾实验后其腐蚀程度较轻。添加适量硼酸、柠檬酸和甘油具有协同缓蚀效果,因此混合酸电解液体系对氧化膜的溶解能力弱,能明显改善氧化膜表面致密性进一步提高其耐腐蚀性能,作为表面改性层可以更好地保护铝合金基体,延缓腐蚀。

装饰用铝铜合金宽温阳极氧化及氧化膜性能研究

针对常规阳极氧化工艺存在允许温度范围窄、能耗较高等问题,选用三乙醇胺、硫酸铈作为添加剂加到常规硫酸电解液中。以装饰用铝铜合金作为基体进行阳极氧化实验,研究了三乙醇胺、硫酸铈单独使用或复配使用对阳极氧化温度上限和阳极氧化膜的微观形貌、成分、厚度、物相结构以及耐腐蚀性能的影响。结果表明:三乙醇胺、硫酸铈单独使用能将阳极氧化温度上限分别提高到30℃、35℃,并且都能改善阳极氧化膜的致密性,使厚度增加且耐腐蚀性能提高,但对阳极氧化膜的物相结构无影响。三乙醇胺与硫酸铈复配使用将阳极氧化温度上限提高到40℃,并且在电解液温度较高情况下仍然可以制备完全覆盖铝铜合金基体、形貌质量和耐腐蚀性能较理想的阳极氧化膜,实现节能和降低工艺成本。

膜致应力对氧化膜和基体金属内应力的影响

【目的】旨在了解氧化膜所产生的裂尖膜致应力对表面缺陷和应力腐蚀开裂历程中所带来的力学影响规律。【方法】以镍基合金600为研究对象,建立SCC全寿命周期膜致应力有限元模型,得出不同ΔT下膜致应力对氧化膜和基体金属裂尖力学场的影响。【结果】氧化膜内产生的压应力给基体金属裂尖带来附加拉应力,这个拉应力为膜致应力,加速了氧化膜的破裂;随着温度的升高,氧化膜和基体金属中的膜致应力均增大,但氧化膜内的应力增幅大于基体金属裂尖;在氧化膜和基体金属界面处,Mises应力和拉伸应力都发生了阶跃现象,提升了裂尖的SCC敏感度。【结论】膜致应力在裂纹萌生初期的作用不可被忽略,会造成膜的破裂和基体金属的裸露,引起微裂纹的形核和扩展。

锆合金氧化膜的内应力及开裂研究

锆合金氧化膜中的应力及开裂是影响锆合金腐蚀的重要因素,目前锆合金氧化膜中应力测定方法不统一,且数值差异大,缺乏氧化膜开裂的定量数据。采用挠度法计算锆合金氧化膜中应力,分析氧化膜中应力随氧化膜厚度的变化趋势及不同水化学条件对内应力的影响;利用图像处理法对不同厚度的氧化膜的裂纹体积分数、裂纹长度及角度进行统计分析,得到裂纹随氧化膜厚度的变化规律,为锆合金腐蚀动力学研究提供基础。

不同电压对TA1板材氧化膜的厚度及着色的影响

钛作为一种独特的金属元素,凭借其出色的物理和化学性质,已经在我们的生活中占据了不可或缺的地位。在日用五金领域,钛锅、钛水杯、钛质餐具等钛制品也逐渐走向成熟。而作为钛制品其表面氧化膜不仅具备独特的物理特性,其绚丽多彩的颜色也被作为相关产品的一大特点。本文采用阳极氧化法在磷酸中通过对不同电压下TA1钛板表面TiO2氧化膜厚度与其色彩关系进行分析。发现在电解液为稀磷酸时,表面生成的TiO2厚度与电压呈现比较严格的线性关系,颜色变化与白光干涉颜色图谱一致,5V与100V较为接近,符合干涉色特点。在特定电压下时间对氧化膜的厚度影响不大。

光斑搭接率对激光清洗铝合金阳极氧化膜表面质量及耐磨性能的影响

目的研究激光清洗铝合金表面阳极氧化膜后,光斑搭接率对基材表面质量及磨损性能的影响规律。方法采用纳秒脉冲激光器清洗7075铝合金表面的阳极氧化膜,分析不同激光光斑搭接率(20%~60%)对材料表面形貌、元素含量、表面粗糙度、显微硬度、残余应力和耐磨性的影响,通过研究激光清洗后7075铝合金的表面特征,探究激光光斑搭接率对铝合金表面耐磨性的影响规律。结果随着光斑搭接率的减小,被清洗表面的显微硬度、粗糙度均呈现先减少后增大的趋势,残余应力呈现下降趋势。当光斑搭接率为46.7%~60%时,试样表面存在烧蚀形成的凹坑,导致粗糙度增大。当光斑搭接率为20%时,氧元素的含量较高,氧化膜去除不完整,达不到清洗要求。当激光光斑搭接率为33.3%时,激光清洗能够有效去除7075铝合金表面的阳极氧化膜,并会形成粗糙度较小、显微硬度较大的熔融热氧化层。结论经不同光斑搭接率清洗后,清洗表面磨损机制主要以磨粒磨损和剥层磨损为主,在光斑搭接率为33.3%时,表面清洗效果较好,同时清洗后的表面生成的熔融热氧化层可以提高耐磨性,此时样件表面磨损量达到最低值,这为铝合金清洗后重新使用提供了可行性。

水中溶解氧对低锡中铌锆合金氧化膜显微组织和电化学性能的影响

在含溶解氧(质量浓度分别为300,1 000μg·L^(-1))环境中对Zr-0.4Sn-0.7Nb-0.3Fe-0.1Cr-0.15Mo-0.12O新型低锡中铌锆合金进行了长达300 d的堆外高压釜腐蚀试验,研究了腐蚀过程中合金表面氧化膜微观结构的变化,并结合离位电化学检测表征了腐蚀后合金的电化学性能,分析了溶解氧对电化学性能的影响。结果表明:在含溶解氧环境中腐蚀时,合金表面氧化膜的厚度随时间呈线性增加,氧化膜内裂纹增多,氧化膜/基体界面起伏加剧;当溶解氧含量较高时,合金的腐蚀质量增加较大,表面氧化膜内裂纹较多。在含溶解氧环境中腐蚀130 d时,合金的自腐蚀电位和极化电阻最小,自腐蚀电流密度最大,其耐腐蚀性不仅与表面氧化膜厚度有关,还受氧化膜内缺陷影响;腐蚀300 d时,合金的阻抗谱呈多容抗弧特征,较高溶解氧含量下的容抗弧数量较多。

预制氧化膜厚度对316L不锈钢在高温高压模拟压水堆一回路水中腐蚀行为的影响

为研究预制氧化膜厚度对316L不锈钢在高温高压压水堆一回路水溶液中腐蚀行为的影响,模拟该腐蚀环境,对表面预制氧化膜的316L不锈钢进行腐蚀试验,并通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)等方法分析其表面形貌、化学成分、物相等。结果表明:当预制氧化膜厚度小于4.46μm时,氧化膜为致密的(Fe,Cr)_(2)O_(3),对后续腐蚀过程起抑制作用;随预制氧化膜厚度增大,(Fe,Cr)_(2)O_(3)晶粒逐渐被(Fe,Cr)_(3)O_(4)晶粒取代,氧化膜呈多孔状且孔隙率不断增大,使其耐腐蚀性能逐渐降低;当预制氧化膜厚度超过8.61μm时,腐蚀后试样由质量增加变为质量减小,腐蚀后氧化膜外层由Fe_(2)O_(3)转化为Fe_(3)O_(4),内层为FeCr_(2)O_(4);当预制氧化膜厚度大于18.45μm时,氧化膜与基体之间出现明显裂缝,氧化膜容易脱落。预制氧化膜厚度存在一个临界值,使旧膜的溶解与新膜的生成之间达到动态平衡。

建筑铝材表面复合阳极氧化膜的制备及其性能研究

为进一步提高建筑铝材表面性能,以满足苛刻的应用要求,采用添加PTFE(Polytetrafluoroethylene,简写为PTFE)乳液的电解液在铝材表面制备复合阳极氧化膜,研究了PTFE乳液体积分数对复合阳极氧化膜的微观形貌、成分、厚度、耐腐蚀与抗磨损性能的影响。结果表明,复合阳极氧化膜表面吸附一些白色PTFE颗粒,孔洞和凹坑的数量与常规阳极氧化膜相比有所减少,但PTFE乳液体积分数变化会对复合阳极氧化膜的形貌特征、吸附的PTFE颗粒的分布状况、成分、厚度、耐腐蚀与抗磨损性能造成一定影响。添加12 mL/L PTFE乳液制备的复合阳极氧化膜致密性较好,并且表面吸附较多PTFE颗粒(含量接近3%),其厚度约为20μm,腐蚀电流密度仅为9.07×10^(-7) A/cm^(2),并且在相同腐蚀介质中浸泡14 d后整体腐蚀程度最轻,耐腐蚀性能明显好于常规阳极氧化膜和其它复合阳极氧化膜。该复合阳极氧化膜还具有良好的抗磨损性能,磨损量和摩擦系数仅为8.4 mg和0.52,与常规阳极氧化膜相比分别降低45%和29%。

硬度法测量铝合金阳极氧化膜附着力

铝合金阳极氧化膜的表面膜状结构特殊,目前没有合适的定量方法表征其附着力。利用维氏硬度计对阳极氧化膜进行矩阵化打点,控制压痕间距,利用压痕之间的挤压作用使氧化膜脱落;根据压痕交界处的氧化膜脱落情况定量评价阳极氧化膜的附着力水平;同时,制定了铝合金阳极氧化膜附着力的评价等级分类方法,将铝合金阳极氧化膜附着力水平分为0~5级。

溶液电导率对ZM5镁合金微弧氧化膜层结构与性能的影响

研究溶液电导率对ZM5镁合金微弧氧化膜层结构和性能的影响。使用涂层测厚仪、粗糙度检测仪、维氏硬度仪、游标卡尺、天平、维氏硬度仪、SEM、EDS、XRD、电化学工作站分别对膜层厚度、粗糙度、外延生长率、致密度、显微硬度、微观形貌、元素组成和分布、晶相结构和电化学性能进行测试分析。结果表明,随着溶液电导率的增加,膜层厚度、粗糙度、外延生长率、显微硬度逐渐增加,外观和致密度无明显变化,微观形貌中放电微孔数量逐渐增加,晶相结构中MgO、MgF_(2)和K_(2)MgF_(4)的含量没有明显差别,Mg和O含量基本保持稳定,F元素的含量随导电率增加下降明显。膜层的耐蚀性随溶液电导率增加而增大,电导率为30ms/cm时,耐蚀性最强。