金属铀表面经CO处理后的腐蚀行为研究

采用增重法和电化学方法分别研究了金属铀表面经CO处理后在40℃干燥空气中的抗氧化能力和在14mmol/L Cl-溶液中的抗化学介质腐蚀的能力。研究结果表明:金属铀表面经CO处理后,在40℃干燥空气中的抗氧化能力增强;在14 mmol/L Cl-溶液中的抗化学介质腐蚀的能力也增强,而且在实验所用CO剂量范围内,金属铀的抗腐蚀能力随CO剂量的增加而增强。

CO处理对铀在40℃和70℃潮湿空气中抗蚀性能的影响

采用增重法研究了金属铀表面经CO处理后在 4 0℃和 70℃潮湿空气中的抗蚀能力。研究结果表明 ,在70℃潮湿空气中 ,其抗蚀能力增加不明显 ;而在 4 0℃环境中 ,金属铀表面的抗蚀能力得到明显提高 ,且在实验范围内其抗蚀能力随CO剂量的增加而增强。用俄歇电子谱 (AES)分析了铀试样处理前后表层的成分变化。分析结果表明 ,铀表面经CO处理后 ,其表层形成了一定厚度的富碳层 ,并显示该富碳层对提高铀表面抗蚀能力起着重要作用。

因子分析技术在铀与CO,O_2反应俄歇分析中的运用

运用因子分析技术和Multipak软件中的TFA功能对铀分别在CO和O2气氛中的俄歇谱进行了处理。分析表明,因子分析方法能有效地解决C(KLL)和U(LMM)俄歇峰中的重峰问题,并能从原始数据中剥离出纯组元;同时还清楚地表明,铀与CO在300℃作用1 h后,在其表面形成了铀的碳化物(或碳氧化物);对铀在低压氧气中的氧化反应,用因子分析技术获得了金属态和氧化态的铀元素随氧气暴露剂量的变化情况,清楚地显示了氧化膜生长的3个阶段。

U-2.5%Nb合金在空气中的氧化行为

采用厚度法和增重法研究了U-2.5%(质量分数,下同)Nb合金在60～300℃的氧化行为,利用扫描电镜对氧化膜的形貌进行了分析,并探索了氧化膜破裂的机制。研究结果表明,在实验范围内,U-2.5%Nb合金在60～80℃的氧化遵循抛物线规律;在100～150℃之间,氧化规律由抛物线-线性规律组成;在200～300℃,氧化遵循直线规律。在抛物线阶段,反应的活化能为74.70kJ/mol;而在线性氧化阶段,活化能降低至31.48kJ/mol。表面形貌分析表明,抛物线氧化阶段,α相和γ2相氧化速率明显不同,从而造成表面出现"浮凸"现象,但氧化膜是致密的。直线氧化阶段,氧化膜疏松,在氧化膜中首先出现纵向开裂现象,然后是氧化膜的剥落。

金属铀表面经CO处理后的抗蚀性研究

采用增重法和电化学方法分别研究了金属铀表面经CO处理后的抗热氧化腐蚀能力和抗化学介质腐蚀的能力。结果表明 :金属铀表面经CO处理后的抗氧化能力有所提高 ,抛物线氧化阶段其氧化速率比未处理样品的氧化速率低 2 5 %～ 60 % ;电化学研究表明 :金属铀表面经CO处理后 ,其抗化学介质腐蚀的能力增强 ;在实验所用CO剂量范围内 。

氧化对U-2.5wt%Nb合金拉伸性能的影响研究

本文利用加速氧化的实验方法研究了氧化对U-2.5wt%Nb合金的拉伸性能影响,并用SEM对拉伸试样的表面形貌及断口形貌进行了观察,同时研究了时效对合金硬度的影响。氧化实验的结果表明:随着氧化时间的增加,拉伸试样表面的氧化程度加剧,且在加工纹路的顶部易产生裂纹;拉伸实验表明:合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率及断口收缩率均随氧化时间的增加而下降;对比实验和硬度实验表明,合金拉伸性能的下降主要不是由组织的变化引起的,而是由表面氧化使得拉伸试样表面产生了表面裂纹、缺陷以及脆化层造成的。断口形貌表明,在实验条件下,合金的断裂以韧性断裂为主,同时存在准解理小刻面。

受腐蚀亚共析铀铌合金的力学性能研究

利用加速腐蚀实验方法研究了腐蚀对一种亚共析铀铌合金拉伸性能的影响,并用SEM和EDS对拉伸试样的组织结构、成分、表面形貌和断口形貌进行了分析。腐蚀实验表明:随着腐蚀时间的增加,拉伸试样表面的腐蚀程度加剧,经过约180d的腐蚀后,试样表面形成了腐蚀斑,其大小为50μm左右;力学拉伸测试表明:在实验范围内,合金的屈服强度和抗拉强度无明显变化,而试样的延伸率及断面收缩率则有下降的趋势。断口形貌表明,合金在实验范围内腐蚀后,其断裂方式仍以韧性断裂为主。此外,对引起合金力学性能变化的主要因素也进行了探讨。

铀表面Ti/Al复合镀层在腐蚀气体中的腐蚀行为

研究了铀表面磁控溅射离子镀Ti/Al复合镀层在200～500℃温度范围,分别在0.05MPa的O2、H2O和HCl气体中的腐蚀失效形式。采用俄歇电子能谱(AES)分析了腐蚀后腐蚀介质元素在复合镀层中的深度分布,并采用有限元分析方法计算了在腐蚀加热和冷却过程中复合镀层的应力变化。结果表明:O2、H2O、HCl引起铀表面Ti/Al复合镀层的反应腐蚀温度依次降低,界面分离是Ti/Al复合镀层抗气体加热腐蚀的主要失效形式,Al/U和Ti/Al界面分别成为Ti/Al复合镀层在含O气氛和HCl气体中加热腐蚀的薄弱环节;镀层从界面剥离主要是腐蚀气体从镀层缺陷渗透到界面,降低界面的结合力,从而产生应力引起的。

铍环焊接残余应力的中子衍射测试与有限元分析

利用稳态堆上的中子衍射应力谱仪开展了铍环激光焊接后的残余应力测试。先进行铍材中子衍射应力测试的参数及其优化研究,在固定堆功率、衍射晶面和规范体积的条件下,选取测试时间分别为600s和6 000s进行铍环上同一点的中子衍射峰的重复性测试,结果表明,后者测试铍材应变的统计误差仅为前者的1/3,其标准偏差约为1.10×10-5。取后者测试时间作为优化参数,对铍环焊缝附近轴向应变和环向应变方向的中子衍射峰进行测试,获得两个方向的残余应变分布,进一步计算出焊接残余应力分布。对铍环激光焊接过程的温度场和应力场进行三维有限元数值模拟,将有限元计算得到的铍环焊缝附近中间壁厚处的残余应力和应变与中子衍射测试结果进行对比,结果表明二者分布规律较为一致。

铀表面初始氧化行为的电子能量损失谱研究

利用俄歇电子能谱仪获取了表面清洁的铀及其在氧化过程中的电子能量损失谱 (EELS) ,研究这些电子能量损失谱线显示 :清洁表面铀的等离子损失的实验值与理论值较为符合 ;随着氧化程度的加剧 ,体等离子体 (BP)、表面等离子体 (SP)以及价带间跃迁所造成的电子能量损失峰发生了明显的连续偏移和强度的变化 ,表明室温下清洁表面铀暴露微量纯氧后 ,在铀表面上发生了U→UO→UO2 初始氧化过程。同时 ,又采用了俄歇电子能谱 (AES)和X射线光电子谱 (XPS)

铀真空热氧化膜的XPS研究

采用X射线光电子能谱(XPS)研究了表面氧化物的铀金属在低真空条件下加热后表面形成的银白色氧化膜的化学组成。结果表明,氧化膜的组成由表及里依次为:UO2+x,UO2和碳氧化铀UCxO1-x,其中立方密排结构的碳氧化铀相的存在是延缓铀在大气中腐蚀的关键因素。

Zr/Nb薄膜材料的制备及界面结构研究

通过直流磁控溅射法在单晶Si(100)基底上制备了Zr/Nb/Si薄膜材料。X射线衍射(XRD)研究表明Zr薄膜以多晶形式存在,而Nb薄膜则形成了(110)晶面择优生长。薄膜中Zr和Nb晶粒大小分别为14,6 nm。扫描电镜研究表明形成的薄膜表面平整光滑,没有微裂纹存在。扫描俄歇电子能谱及X射线光电子能谱的研究表明,Zr/Nb/Si薄膜样品具有清晰的界面结构。在薄膜表面形成了致密的氧化层物种,而在膜层内部少量氧则以吸附态形式存在。

铀在三种溶液中的动电位极化和电化学阻抗谱研究

用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)研究铀在0.5 mol/LH2SO4溶液、1 mol/L NaOH溶液和1 mol/L Na2SO4溶液中的腐蚀电化学行为。结果显示,铀在H2SO4溶液和Na2SO4溶液中的动电位极化曲线有类似的极化趋势,而在NaOH溶液中则有明显的钝化现象。EIS谱均有明显的容抗弧特征。利用软件对电化学阻抗谱进行拟合,得到了3种溶液中铀的电化学阻抗谱等效电路,拟合的阻抗谱与实验测得的阻抗谱拟合得比较好,拟合方差在10-3数量级。

金属铀真空原位断裂表面初期氧化研究

采用 PHI-650 型扫描俄歇电子能谱(SAM)研究金属铀在超高真空原位断裂后断面在不同氧气暴露量和温度下的氧化规律和杂质元素在表面的扩散行为。实验中采用在主真空室内的装置在超高真空中打断铀样品,然后在 1×10-5 Pa的压力下充入暴露量为 5 L、20 L、70 L、170 L 和 270 L 的高纯氧气进行氧化实验并获取 U,O,S 和 C 的俄歇电子谱。实验结果表明:在 5 L 和 20 L 的氧气暴露量下表面形成 UO2 和金属 U 的混合物,在大于 70 L 情况下只形成 UO2。 在1×10-7 Pa 的真空中将 UO2 加热到 100℃,150℃,200℃和 300℃并进行 SAM 分析,结果显示:随温度的升高,尤其是在 300℃时元素 S 向表面扩散,形成明显的富集,且表面氧和铀的原子浓度比明显下降。

金属铀表面铝薄膜生长行为的XPS研究

在室温、超高真空条件下,采用Ar离子溅射沉积的方法在清洁金属铀表面沉积铝薄膜,并利用X射线光电子能谱分析技术原位观察铝薄膜的生长行为。结果表明,在薄膜生长过程中,铀铝界面存在较明显的互扩散行为,同时发生一定程度的相互作用,生成金属间化合物UAlx,导致铀、铝XPS特征谱发生明显变化。铀铝间的互扩散导致U 4f谱在380.4、392.7和404.2 eV处出现新的能量损失峰;而铀铝金属间化合物的生成导致Al 2pXPS谱峰向低能端偏移0.2 eV。随沉积时间的增加,能量损失峰强度逐渐增强,Al 2p峰逐渐向金属Al特征峰位置偏移,说明随铝沉积量的增加,铀铝间的扩散行为增强,铀铝相互作用生成的金属间化合物组分并非单一。在沉积过程中,铝薄膜以岛状方式生长。

用AES研究铝薄膜与基体金属铀之间的界面反应

在俄歇电子能谱(AES)仪超高真空分析室中利用氩离子溅射沉积方法将Al沉积在U基体上。对不同Al沉积量的铀表面实时采集AES和低能电子损失谱(EELS),以研究沉积Al原子与U表面原子间的相互作用以及Al膜的生长过程。将实验样品进行退火处理后进行深度剖析。研究结果表明:Al沉积在U基体上是以岛状方式生长的;室温下,沉积Al原子与U表面原子间存在界面作用,两者在界面处相互扩散形成了合金相。退火促使界面扩散速率增大,界面结合力增强,并有可能形成化合物UAlx。

321不锈钢在低酸度硝酸铀酰溶液中的腐蚀特性

用称量法和电化学法研究了321不锈钢在不同浓度和pH值的硝酸铀酰溶液中的高温均匀腐蚀和电化学腐蚀行为.均匀腐蚀试验结果表明,在选定的腐蚀条件下,321不锈钢样品在960h内,其表面光洁度无明显变化,腐蚀速率小于0.04g/m2.h,在低酸度的硝酸铀酰溶液中耐蚀.用腐蚀电化学法研究了321不锈钢在有溶解氧的硝酸铀酰溶液中的腐蚀电化学特性,测量了电极的腐蚀电位、腐蚀电流密度.经AES分析表明,电化学腐蚀后的样品在腐蚀膜中有一定量的铀,深度剖析含铀腐蚀膜的厚度为10～15nm.

铌表面初始氧化行为的EELS和AES研究

利用电子能量损失谱(EELS)和俄歇电子能谱(AES)研究室温下铌的初始氧化过程,研究表明:清洁表面铌的EELS的实验值与理论值较为符合;随着氧化程度的加剧,其体等离子体(BP)、表面等离子体(SP)以及价带间跃迁所造成的电子能量损失峰发生了明显的偏移和强弱的变化,也解释了Nb→NbO→NbO2的初始氧化过程;另外,铌在潮湿空气里氧化1周,在其表面只生成很薄一层的Nb2O5氧化层。

铀表面钛镀层原位氧化行为的AES和EELS研究

利用铀的电子能量损失谱(EELS)、俄歇电子能谱(AES)原位,研究了在室温下O2气氛中表面Ti膜初始氧化过程中表面结构的变化。结果表明,Ti膜的氧化速度比金属Ti更快;Ti膜氧化时与金属Ti一样可形成Ti(固溶O)、TiO、Ti2O3、TiO2,氧化物以岛状形式生长,并以多种氧化态并存;其氧化过程为Ti→Ti(固溶O)→TiO→Ti2O3→TiO2。

铀铌合金表面热氧化膜结构研究

采用X射线光电谱分析技术、结合Ar离子枪溅射,研究了大气环境、不同温度(室温、100、200和300℃)条件下铀铌合金样品表面氧化膜结构的变化情况。实验结果表明:随温度升高,氧化膜厚度增大,氧化膜结构发生明显变化。不同温度热氧化处理后,铀铌合金初始表面Nb主要以Nb2O5形式存在,在Nb2O5与金属Nb之间,总存在一定厚度的NbO及少量其他价态氧化物NbOx(0<x<1,1<x<2)的混合层。室温～200℃热氧化合金样品表面铀均以含间隙氧的UO2+x(P型)存在,其U4f7/2结合能较UO2低约0.7eV。室温条件下,氧化膜成分主要为UO2;100、200℃热氧化后,氧化膜中除UO2外,还含有少量P型UO2+x,其U4f5/2卫星峰的结合能为396.6eV。300℃热氧化后的合金样品表面为铀的高价氧化物(U3O8或UOx,2<x<3),U4f特征峰的结合能分别为381.8和392.2eV;氧化层为UO2和金属铀的混合物。热氧化过程中,温度对铀氧化的影响较对Nb的明显得多。