u-mo合金的加工和表征

1、U-MO合金的加工和表征,李林陽,復(fù)合材料核燃料的重要性,基于復(fù)合材料的核燃料更新了核能的時(shí)代。鈾合金已經(jīng)被認(rèn)為是最有前途的核分散材料。目前在用于核能發(fā)電加壓水反應(yīng)堆最流行的核燃料是由一系列二氧化鈾(UO2)顆粒進(jìn)入鋯合金(鋯釔合金)管組成的，這個(gè)管被稱為燃料棒。,本文研究在鑄態(tài)和熱處理?xiàng)l件鈾合金的微觀結(jié)構(gòu),色散型核材料是由鈾基材料(或其他核材料)的粒子分散到一個(gè)金屬、陶瓷或石墨矩陣組成。這些復(fù)合材料是燃料組分的核心。在目

2、前的研究中,我們調(diào)查處理U-Mo合金的加工過程并通過原子吸收光譜學(xué)、掃描電鏡和x射線能量色散光譜和x射線衍射來表征它們的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)。,考慮其晶體結(jié)構(gòu)、U展現(xiàn)三種同素異形的形式:一個(gè)α相(斜方晶系的)穩(wěn)定到668°C;β相(正方)穩(wěn)定從 668°C到775°C,和γ相(體心立方)從775°C到熔點(diǎn)。核燃料應(yīng)用中,γ相是首選是由于其各向同性和在熱循環(huán)和輻照條件下是穩(wěn)定的。 一些合金元素溶于γ

3、- U,可以增加這個(gè)相的熱力學(xué)穩(wěn)定性,如鉬、鈮、鈦和鋯。其中,U-Mo系統(tǒng)具有更大γ鈾的成分范圍。圖1顯示了U-Mo二元體系的相圖，在其中可以觀察到廣泛的穩(wěn)定γ相的固溶體大約40%的Mo。盡管如此,但是也很明顯,在室溫下γ相不是熱力學(xué)穩(wěn)定的。,研究的合金有以下成分:U-7%Mo,U-8.5%Mo 和U-10%Mo。這些分析表明合金主要是單一相，它們的微觀結(jié)構(gòu)由γ(U,Mo)固溶體組成。氧污染和氧化相夾雜物的存在也能觀察到。對(duì)Mo含量和熱

4、處理對(duì)合金的微觀結(jié)構(gòu)的影響也進(jìn)行了討論。在氬管式爐進(jìn)行熱處理。首先,樣本以15°C /分鐘的恒定速率加熱到1030°C并且保持在此溫度330分鐘。讓這些樣本在水中淬火。鑄態(tài)和熱處理合金的特性是由x射線衍射,使用銅- 鎵α輻射展現(xiàn)出來。通過掃描電子顯微鏡分析了它的微觀結(jié)構(gòu)。,在鑄態(tài)和熱處理?xiàng)l件下U-7%Mo, U-8.5%Mo, 和 U-10%Mo合金的x射線衍射圖案,掃描電鏡(SEM)和X射線能量色散譜分析(ED

5、S),,,SEM結(jié)果表明,合金的大多數(shù)區(qū)域是均勻的,但是有一些高氧污染(氧化物)和鈾豐富的地區(qū),這可以在圖3、4、5、6看到。從EDX結(jié)果中可以看出來，較輕的相(Ⅰ)(固溶體矩陣)有著低氧濃度和理想的鉬濃度。相(Ⅱ)富含氧氣和低的鉬濃度，在這個(gè)相中鉬減少而氧氣的濃度從2.5%(Ⅰ相)增加到約為14%。另一個(gè)相(Ⅲ)幾乎是純U。這些地區(qū)可能出現(xiàn)在處理過程中未完全熔合的U(即純鈾到鉬)。這些鈾顆粒形成后不溶解，甚至在熱處理后也不溶解，在

6、所有的掃描電鏡圖像都可以看到這些顆粒。,我們可以在整個(gè)合金中觀察到這些相,但第Ⅱ相更集中在鑄塊表面附近。U2Mo相有一個(gè)包含13.6到15.3%的鉬的成分。這些結(jié)果又很好的符合XRD圖案，證實(shí)了γ相甚至在鑄態(tài)樣品都能維持。每個(gè)相的成分被展示在表1,2和3中。熱處理后,仍然可以清楚地看到被污染的區(qū)域,如圖中所示。,4結(jié)論,在這項(xiàng)工作中合金獲得的結(jié)果表明,在室溫下只需要往鈾中添加7%的鉬就可以獲得γ相,盡管這個(gè)相可能是熱力學(xué)不穩(wěn)定的。從作為