U-Nb合金氢化物生长动力学的应变能研究

为研究不同铀铌合金（U，U-25％Nb，U-57％Nb（质量分数））的氢化表现行为以及合金元素铌在氢化过程的作用规律和机制，以应变能理论为基础，对3种合金表面氢化物生长进行模拟研究，获得了氢化物生长过程中的应力、应变和应变能演变，发现3种材料在氢化物生长过程的应变能存在明显差异．3种材料表面形成铀氢化物需克服的应变能顺序为：U-5．7％Nb〉U〉U-2．5％Nb．结合化学反应活化能理论，获得3种材料的氢腐蚀倾向性顺序为：U-2．5％Nb〉U〉U-5．7％Nb．应变能模拟结果与3种材料氢化腐蚀动力学实验一致。说明了氢化物生长的应变能模型的正确性，证实了氢化物形成时由于体积变化大，导致了巨大应变能形成，直接影响了铀氢化物的形成动力学．

旋转磁场下铀中夹杂物运动行为模拟与实验研究

开展了旋转磁场对金属铀的净化模拟以及实验研究。采用了带芯柱形与无芯柱形两种坩埚,对比分析了铀熔体中夹杂物的迁移与聚合长大,并对电磁净化实验工艺进行了优化。由熔体流场速率分布以及夹杂物的迁移与碰撞模拟结果和实验结果分析可知,夹杂物在旋转磁场作用下能够发生碰撞聚合长大,碰撞聚合主要集中在铀熔体芯部区域。添加坩埚芯促进了熔体中夹杂物碰撞与聚合长大,使之更易上浮去除。采用旋转磁场净化金属铀,带芯柱形坩埚熔体中夹杂物碰撞聚集效果与杂质去除效果明显优于无芯柱形坩埚。

U-2.5% Nb合金表面的氢蚀特性

利用气固反应系统对U-2.5%Nb合金表面进行了氢化,采用体视显微镜原位观察U-2.5%Nb合金的氢蚀,利用X射线衍射(XRD)、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电镜(SEM)表征该合金氢化前后的成分及形貌。结果表明:在70℃、氢压为一个大气压的气氛中,U-2.5%Nb合金的氢化反应速率很高,氢化后形成了UH3化合物;合金表面氢蚀点边缘并非圆滑,而是呈条状优先形核相向外凸出。U-2.5%Nb合金表面氢化腐蚀的机制是:贫铌α相的氢蚀速率大于富铌γ1-2相的而优先发生氢蚀,随后贫铌α相之间的γ1-2相也相继发生氢蚀而连成一片后迅速长大。