電流輔助對鋯合金與MAX相材料Ti3AlC2連接的影響及其連接界面的調(diào)控研究.pdf

1、鋯合金是目前應用最為廣泛的核燃料包殼管材料。然而，在850℃時鋯合金會發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變，由低中子吸收截面的α相轉(zhuǎn)變?yōu)椴荒椭凶虞椪盏摩孪?，并且在高溫時會發(fā)生鋯水反應，放出大量的熱，嚴重威脅反應堆安全。因此，目前的鋯合金包殼管材料無法滿足新一代核反應堆安全性、事故容錯率更高的要求，必然要對其進行改性。
　　Ti3AlC2是一種性能優(yōu)異的三元金屬陶瓷材料，其耐高溫高溫性能好、耐水腐蝕能力強并且具有一定的耐中子輻照能力，是改善鋯合金性能的候選

2、材料之一，而鋯合金與MAX材料的連接問題目前鮮有研究。本文通過兩種不同的加熱方式對Zr/Ti3AlC2的連接機理進行探究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在電流作用下Zr/Ti3AlC2的連接溫度顯著降低，由1050℃降低到750℃。SEM/EDS對連接界面分析顯示，其連接機理為Ti3AlC2中的Al原子向Zr中擴散，在靠近Zr一側(cè)形成了鋯鋁合金相。合金相的種類隨著Al原子擴散深度的不同而不同。通過計算，電流輔助下擴散的激活能為6.9kJ/mol，相對于傳統(tǒng)熱

3、壓擴散時的38kJ/mol激活能大大降低。同時電流焦耳熱，電場作用下電遷移的作用都是影響電流輔助連接的主要因素。
　　為了對連接界面進行調(diào)控，在連接之前用物理氣相沉積(PVD)的方法在試樣表面鍍上TiC作為中間層，發(fā)現(xiàn)在Ti3AlC2表面鍍TiC層后，能有效抑制鋁原子的擴散，且連接接頭剪切性能得到提升。TiC中間層的晶粒取向及Ti-C原子比對連接有很大影響。TiC(111)取向及Ti缺位時更有力于二者連接。對剪切測試后的樣品進行S