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。

温度对U-2.5%Nb合金力学性能的影响

研究了U-2.5%Nb合金在-100～700℃温度范围内的力学性能。结果表明,合金的抗拉伸强度随试验温度上升呈下降趋势,其塑性在600℃以下温度并非单调变化,而是在500℃附近延伸率和断面收缩率分别出现极小值,合金拉伸断口与室温(20℃)相比具有明显的沿晶断裂特征。试验温度高于600℃后,合金塑性明显升高。热处理后的该合金加热至500℃经保温并冷至室温后,合金的冲击韧性有所降低。在-100℃～室温的温度范围,合金的冲击韧性随试验温度的降低而下降,并在-30～-10℃的温度范围发生韧脆转变。当温度低于-30℃后冲击韧性下降趋势明显减缓,合金冲击断裂面颗粒高低不平,具有准解理断裂特征。

环境湿度及氢气压力对U-2.5%Nb合金拉伸性能的影响

研究了U-2.5%Nb合金(质量分数,下同)在相对湿度分别为3.5%、50%、100%、水浸、热水和水蒸气环境,氢气压力分别在0.4,1.0,2.0MPa条件下的拉伸性能及断口形貌。结果表明:拉伸速率在3×10-5/s时,随环境湿度及氢气压力的增加,U-2.5%Nb合金的抗拉强度降低,规定非比例延伸强度增加,塑性急剧下降。同样在水浸环境,3×10-5/s与1×10-4/s的拉伸速率相比,U-2.5%Nb合金断后伸长率下降约84%,断面收缩率下降约79%。拉伸速率在3×10-5/s时,合金在2.0与0.4MPa的氢气压力相比,断后伸长率下降约20%,断面收缩率下降约13%。在相对湿度3.5%的环境下,U-2.5%Nb合金试样断口边缘呈韧窝状,有一定的韧性特征。在水浸环境下,试样断口边缘韧窝明显减少,有一定的脆断特征。在水蒸气环境中,试样断口边缘有明显的解理脆断特征。在氢气环境中,试样断口的脆断特征随氢气压力的增加而增强。

U-2.5%Nb合金氢化物生长动力学研究

为了探讨U-2.5%Nb(质量分数)合金的氢腐蚀行为,利用在线显微镜研究了U-2.5%Nb合金氢蚀初期氢化物的生长动力学,研究了U-2.5%Nb合金氢化初期的氢化物形貌、生长速度、氢化反应速度等之间关系。结果表明,利用在线显微镜表征氢化物的生长速度是可行的,氢化物前沿推进距离与时间呈线性关系。在一定温度范围内,氢化物的生长速度与反应温度符合Arrhenius关系,U-2.5%Nb合金氢化物生长激活能为24.34 kJ/mol。当温度增加到125℃附近时,氢化物的生长速度达到最大值,之后,随着反应温度的升高,生长速度快速下降。

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。