Zr-Nb系合金氧化膜的相图计算与热力学分析

为了理解锆合金耐腐蚀性能,评估了文献中Zr-Nb-O体系的相图及热力学信息,并利用Pandat软件进行了热力学优化。在此基础上采用相图计算方法,研究了具有不同Zr、Nb、O含量的化合物,获得其相结构及其含量。结果表明:锆合金氧化膜主要相结构是单斜ZrO_(2),这与前人的试验结果一致。进一步揭示了氧化膜相结构演化规律,阐述了前人试验中氧化膜的不同相结构形成机制。另外,利用第一性原理计算方法,从原子层次揭示了锆合金氧化膜中各种相结构随成分变化的原因。最后,分析了锆合金氧化膜相结构的相图计算结果与试验结果的差异。

Zr-Sn-Nb锆合金氧化膜中典型相结构的第一性原理研究

采用第一性原理计算和热力学方法,研究了Zr-Sn-Nb合金氧化膜中典型氧化物m-ZrO_(2)、t-ZrO_(2)、t-SnO、t-SnO_(2)、t-NbO_(2)和m-Nb_(2)O_(5)的热稳定性,探讨了O化学势以及腐蚀介质的温度和压力对氧化物稳定性的影响。结果表明:氧化物稳定性由强到弱的顺序为Zr氧化物、Nb氧化物和Sn氧化物,氧化膜中典型析出相β-Nb的氧化速率小于Zr基体,与试验结果相吻合;贫氧区NbO_(2)和SnO比较稳定,而富氧区Nb_(2)O_(5)和SnO_(2)比较稳定,这与试验中NbO_(2)常出现于氧化性较弱的去离子水环境中,而Nb_(2)O_(5)常出现于氧化性较强的碱性水中的结论相一致。

锆合金氧化膜中氢吸附行为的第一性原理研究

采用第一性原理计算研究了锆合金氧化膜中氢的吸附行为,并着重分析了晶界的氢吸附。结果表明:氧化膜晶界比晶内更容易吸附氢,氢以原子或分子形式被晶界吸附。随着晶界吸附的氢含量增加,晶界吸附氢的能力逐渐减弱,表明氧化膜晶界的氢吸附量有限,这与Sundell等的试验结果一致。最后,从电子层次揭示了晶界吸附氢的微观机制。