u2.5wt％nb合金的氫蝕及其對(duì)力學(xué)性能影響

1、u 一2 ．5 w t ％N b 合金的氫蝕及其對(duì)力學(xué)性能影響?yīng)殑?chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得中國(guó)工程物理研究院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期：如叮年葉月l r 日學(xué)

2、位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解并接受中國(guó)工程物理研究院研究生部有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，允許論文被查閱、借閱和送交國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)，同時(shí)授權(quán)中國(guó)工程物理研究院研究生部可以將學(xué)位論文全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。導(dǎo)師簽名： 翠小辯簽字日期：2 帕7 年廠月舌日上九日 嘶呱 參明名年簽彳1者b隘叫文期淪日位字學(xué)簽u 一2 ．5 w t ％N b 合金的氫蝕及其對(duì)力學(xué)

3、性能影響摘要金屬鈾及其合金作為核工程中重要組成材料而備受關(guān)注。鈾及其合金非?；顫娗掖嬖诙喾N相結(jié)構(gòu)，在其貯存和使用過(guò)程中存在兩個(gè)方面的老化問(wèn)題：與環(huán)境氣氛作用引起的表面腐蝕和不穩(wěn)定相分解引起的結(jié)構(gòu)性能變化。因此這兩方面就成為鈾及其合金研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本論文以U ．2 ．5 w t ％N b 合金表面氫腐蝕可能引起合金力學(xué)性能老化的問(wèn)題為研究背景而展開(kāi)。( 1 ) 系統(tǒng)地利用在線(xiàn)顯微鏡研究了U 一2 ．5 w t ％N b 合金氫蝕初期氫

4、化物的生長(zhǎng)與成核動(dòng)力學(xué)。研究結(jié)果表明，在一定溫度范圍內(nèi)，氫化物的生長(zhǎng)速度與反應(yīng)溫度符合A r r h e n i u s 關(guān)系，U 一2 ．5 w t ％N b 合金氫化物生長(zhǎng)激活能為2 4 ．3 4 k J ／m o l 。在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的實(shí)驗(yàn)條件下，壓力對(duì)氫化物生長(zhǎng)速度影響顯得非常弱。樣品表明氫化物成核數(shù)目的試驗(yàn)結(jié)果表明氫化物成核速度與溫度遵從A r r h e n i u s 關(guān)系，與壓力成正比。對(duì)氫蝕成核位置的初步研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于u

5、 ．2 ．5 w t ％N b 合金，晶界并不是成核的優(yōu)先選擇，樣品表面某些尖角處和粗糙處容易發(fā)生氫蝕，材料表面越粗糙，氫蝕越易發(fā)生。( 2 ) 系統(tǒng)地研究了U ．2 ．5 w t ％N b 合金氫蝕初期孕育期影響因素，并探討了其內(nèi)在機(jī)制。研究結(jié)果表明：U ．2 ．5 w t ％N b 合金氫蝕存在孕育期，相對(duì)于未合金化鈾，U 一2 ．5w t ％N b 合金更易發(fā)生氫蝕。u ．2 ．5 w t ％N b 與U 合金氫蝕成核形貌也有所不

6、同。溫度和壓力對(duì)孕育期實(shí)驗(yàn)揭示了孕育期存在機(jī)理，即“擴(kuò)散屏蔽”機(jī)制。較低溫下( < 1 2 5 ℃) 孕育期隨反應(yīng)溫度的升高而減小，表現(xiàn)為A r r h e n i u s 關(guān)系，其表觀活化能為2 2 ．9 2 k J ／m o t 。孕育期隨反應(yīng)壓力升高而減小，孕育期與反應(yīng)氫壓力成反比關(guān)系。孕育期隨氧化膜增加而顯著增加。超過(guò)1 2 5 ℃，孕育期隨反應(yīng)溫度的升高而增加，表明孕育期的“擴(kuò)散屏蔽”機(jī)制已經(jīng)失效。利用現(xiàn)有處理手段，對(duì)氫

7、蝕動(dòng)力學(xué)不同影響因素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，預(yù)熱處理顯著影響U ．2 ．5 w t ％N b 合金氫蝕孕育期；表面等離子注氮能顯著提高u 一2 ．5w t ％N b 合金的抗氫蝕性能。添加不同濃度C O 的氫氣非常明顯的延長(zhǎng)了孕育期。( 3 ) 利用加速腐蝕方法，采用標(biāo)準(zhǔn)拉伸力學(xué)試樣，研究了氫腐蝕對(duì)材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，u ．2 ．5 w t ％N b 合金斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率下降非常明顯，抗拉強(qiáng)度略有下降，屈服強(qiáng)度和彈性模量變

8、化不明顯。拉伸樣表面腐蝕形貌、斷口形貌、剖面形貌試驗(yàn)結(jié)果顯示，氫蝕引起的表面缺陷如蝕坑、微裂紋、氫擴(kuò)散區(qū)導(dǎo)致了材料力學(xué)性能的下降，生成氫化物相是導(dǎo)致材料變脆的主要原因。獲得了u 一2 ．5 w t ％N b 合金準(zhǔn)靜態(tài)下拉伸本構(gòu)方程，氫蝕后材料的應(yīng)變硬化能力發(fā)生變化。采用應(yīng)變能密度理論，以表面存在微裂紋的拉伸樣來(lái)模擬氫腐蝕的影響，計(jì)算了表面存在不同長(zhǎng)度微裂紋時(shí)應(yīng)變能密度的變化。模擬結(jié)果顯示，表面腐蝕形成的缺陷如微裂紋確實(shí)降低了氫化腐蝕后