钨夹杂对Zr-Nb合金堵孔焊焊缝腐蚀影响研究

焊缝作为锆合金包壳上的薄弱区域,更易发生腐蚀,导致包壳破损。为保障反应堆长寿期安全稳定运行,需探寻焊缝腐蚀性能的影响因素,从而提高包壳焊缝的耐蚀性能。在高温高压釜中对Zr-Nb合金包壳端塞堵孔焊焊缝进行了水侧腐蚀实验,研究了钨夹杂对焊缝腐蚀行为的影响。结果表明:钨元素在焊缝组织基体中以W_(2)Zr形式存在,会影响氧化膜的致密性,从而加快焊缝腐蚀进程;腐蚀后钨元素在样品表面广泛分布,且富集于腐蚀坑处,在氧化膜破损处可以观察到球状颗粒,推测成分为CaWO_(4);钨含量对样品腐蚀速率有较大影响,表现为钨含量越高,腐蚀速率越快。

合金元素对Zr-Nb合金耐蚀性能的影响

研究了Sn，Fe，Cr，Ni，Mo，Bi和Te等合金元素对Zr－Nb合金耐蚀性能的影响。结果表明，在360℃水腐蚀试验中，Bi有较好的作用。在400℃蒸汽中试验，Bi和Ni有较好的作用，其它元素作用不明显。在500℃高温蒸汽中，仍是Bi和Ni有好的作用。所有合金经500℃，200h腐蚀后均未出现疖状腐蚀现象。TEM分析表明，腐蚀氧化膜主要是由单斜型（ZrO2）M微晶组成，晶粒内存在孪晶亚结构。

Zr-Nb合金的微弧阳极氧化表面改性

利用微弧氧化技术,以NaOH为电解液,对Zr-Nb合金进行表面处理,以改善其抗溶液腐蚀性能。利用SEM观察到Zr-Nb合金微弧氧化膜厚约8μm,膜层为一连续整体,厚度均匀,与基体结合牢固。X射线衍射分析表明,微弧氧化膜主要由四方和单斜相的二氧化锆组成。通过电化学极化曲线测量,对Zr-Nb合金微弧氧化膜的抗腐蚀性能进行了评价,结果表明,氧化膜抗腐蚀性能比基体提高显著。

Zr-Nb合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性的研究

比较了Zr-Nb合金与Zr-Sn-Nb-Fe及Zr-4合金的耐腐蚀性,讨论了Nb对Zr-Nb合金在不同介质中耐腐蚀性的影响。实验证明Nb的腐蚀产物可以部分溶解于LiOH水溶液中,因而Zr-Nb合金在LiOH水溶液中腐蚀时,合金中β-Nb第二相腐蚀后生成的腐蚀产物会部分溶解于LiOH水溶液,在氧化膜中形成孔洞,从而导致Zr-Nb合金在LiOH水溶液中的耐腐蚀性变差。

退火态及马氏体态Zr-Nb合金拉伸性能分析

为研究马氏体对锆合金拉伸性能的影响,采用静态环向拉伸试验方法对退火态及马氏体状态的Zr-Nb合金核燃料包壳管在室温和400℃下的环向拉伸性能进行了研究,并对拉伸断口进行了微观形貌的观察.结果表明:室温和400℃相比,马氏体状态的Zr-Nb合金相比退火态Zr-Nb合金强度高,韧性好,退火态Zr-Nb合金的局部塑性变形较大;从微观上看退火态和马氏体态Zr-Nb合金室温与400℃的拉伸断裂后均呈现微孔聚集型韧性断裂.

Zr-Nb合金包壳管氧化膜的微观结构

针对某Zr-Nb系合金包壳管水侧腐蚀,通过光学显微镜、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等技术,研究了Zr-Nb合金包壳管氧化膜的微观结构。结果表明:腐蚀生成的氧化膜表面分布有不同取向的微裂纹,其中垂直裂纹可以为氧离子的扩散提供快速路径。TEM分析表明氧化膜主要由柱状和等轴状单斜相ZrO_(2)组成,基体/氧化膜界面附近等轴状单斜相ZrO_(2)的存在与裂纹、大晶粒尺寸和晶内孪晶密切相关,导致ZrO_(2)发生由四方相到单斜相的转变,由于残余应力导致的晶格膨胀,单斜相ZrO_(2)晶面间距增加了约0.4%。

成品退火温度对Zr-Nb合金棒材组织与织构的影响

通过金相组织观察、第二相粒子观察及织构分析,研究成品退火温度对Zr-Nb合金棒材组织与织构的影响。结果表明:随着成品退火温度的升高,Zr-Nb合金棒材金相组织中晶粒逐渐增大,第二相粒子的平均尺寸和尺寸分布范围均逐渐增大。各种退火温度下的Zr-Nb棒材均存在{0002}基面织构,且不同退火温度的棒材织构强度差别较为明显。

基于第一性原理计算的Nb含量对hcp Zr-Nb合金力学性质的影响

基于密度泛函理论为基础的第一性原理计算方法,通过虚拟晶体近似建模,以密排六方(hcp)结构的Zr-Nb合金为研究对象,计算其弹性常数、弹性模量、泊松比等力学常数,研究Nb含量对Zr-Nb合金力学性能的影响。结果表明:通过虚拟晶体近似方法计算得到的晶格参数与实验及其的计算值符合良好,晶格常数a、c随Nb含量的增加而减小。当Nb含量大于10%(原子分数,下同)时,hcp Zr-Nb力学失稳,在力学稳定的条件下(Nb含量低于10%),随Nb含量的增加,体积模量B递增,剪切模量G、弹性模量E递减。各韧脆性判据均表明,随着Nb含量的增加,Zr-Nb合金韧性逐步提高。

Zr-Nb合金的吸氢性能与相变行为

通过PCT（pressure-composition-temperature）吸氢性能实验研究了温度（700~900℃）和Nb含量（1%~30%,质量分数）对Zr-Nb合金吸氢性能的影响。结果表明,温度的变化对β-Zr相和δ氢化锆相的两相平衡有较大影响,β-Zr相较δ氢化锆相的高温稳定性更强。Nb的添加降低了体系与H结合的稳定性,随着Nb含量的增加,合金的最大吸氢量明显减少。相同温度条件下,β-Zr相和δ氢化锆相两相平台所对应的平衡氢分压随Nb含量增加而升高。Nb降低合金最大吸氢量的主要原因是高氢含量的δ相NbH2氢化物在低压下不能稳定存在。

辐照条件下Zr-Nb二元合金的相图计算

通过考虑辐照引起的弹道混合效应,应用热力学模型和辐照条件下的有效自由能模型,研究了辐照诱发产生的缺陷对Zr-Nb二元合金相稳定性的影响.基于Zr-Nb二元合金的扩散参数和已优化的热力学参数,计算了不同辐照条件下Zr-Nb二元合金的稳态相图.计算结果表明,Zr-Nb二元合金的稳态相图与热力学平衡相图在低温下存在显著的差异:在辐照条件下,原本在高温时稳定存在的(βZr,Nb)相延伸至低温区域,同时出现了一个低温包析反应(Nb)+(αZr)(βZr,Nb),包析反应的温度随着辐照强度的增大而升高,从而使得(βZr,Nb)相的范围也随之增大.

焊接对Zr-Nb包壳管显微硬度和组织的影响

通过对M5锆合金包壳管进行金相分析、TEM分析和显微硬度测试,研究了真空电子束焊接对M5合金显微组织和力学性能的影响.实验结果表明:Zr-Nb合金焊接组织为粗大的马氏体α和α'所构成,晶粒度远高于母材,近缝区母材晶粒并未长大.在透射电子显微镜下可清晰看到板条状马氏体.焊缝区域的显微硬度明显高于母材.

Zr-1%Nb合金熔炼铸造工艺研究

介绍了Zr-1%Nb合金的真空感应熔炼及铸造工艺。通过组合铸模设计和改变成分配比,改变精炼温度、精炼时间、浇注温度、铸模加热温度等参数,制备了用于高效慢化材料氢化锆研制中的氢化工艺所需要的Zr-1%Nb合金试件,其化学成分满足要求,Nb分布比较均匀;解决了气孔、集中缩孔太深等铸造质量问题;微观组织分析表明,氢化前后晶粒内呈平行条带状形貌特征,碳化锆呈颗粒状。

氢气辅助镁还原-烧结制备Zr-2.5Nb合金

传统的克劳尔方法制备锆铌合金存在工艺流程长、易被杂质元素污染等问题。本文提出一种利用氢气辅助镁还原-压制烧结直接制备锆铌合金的新工艺。以Zr-2.5Nb为目标合金,在氢气气氛下利用镁粉还原金属氧化物Zr O2和Nb2O5的混合物,成功制备出氧质量分数低至0.038%的Zr-2.5Nb氢化合金粉末,之后对制备出的合金粉末进行冷等静压-烧结,制备Zr-2.5Nb合金。对制备出的合金粉末的元素含量、形貌及粒度进行了分析,探究了烧结温度对合金性能的影响。结果表明:合金粉末中Nb质量分数为2.29%,平均粒度为61.88μm。当烧结温度为1400℃时,合金产品致密度和硬度分别达到最大,分别为95.36%和250.3 HV,合金的压缩强度在1300℃时达到最高值1059 MPa。制备出的合金硬度和压缩性能均满足美国工业核级锆合金标准。