u2.5wt％nb合金的氫蝕及其對力學(xué)性能影響

1、u 一2 ．5 w t ％N b 合金的氫蝕及其對力學(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)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國工程物理研究院或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。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)書本學(xué)位論文作者完全了解并接受中國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、借閱和送交國家有關(guān)部門或機構(gòu)，同時授權(quán)中國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)庫進行檢索，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。鈾及其合金非常活潑且存在多種相結(jié)構(gòu)，在其貯存和使用過程中存在兩個方面的老化問題：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和難點。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)性能老化的問題為研究背景而展開。( 1 ) 系統(tǒng)地利用在線顯微鏡研究了U 一2 ．5 w t ％N b 合金氫蝕初期氫

4、化物的生長與成核動力學(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 合金氫化物生長激活能為2 4 ．3 4 k J ／m o l 。在遠離平衡態(tài)的實驗條件下，壓力對氫化物生長速度影響顯得非常弱。樣品表明氫化物成核數(shù)目的試驗結(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。對氫蝕成核位置的初步研究發(fā)現(xiàn)，對于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。溫度和壓力對孕育期實驗揭示了孕育期存在機理，即“擴散屏蔽”機制。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“擴散屏蔽”機制已經(jīng)失效。利用現(xiàn)有處理手段，對氫

7、蝕動力學(xué)不同影響因素進行了研究，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 合金斷后伸長率和斷面收縮率下降非常明顯，抗拉強度略有下降，屈服強度和彈性模量變

8、化不明顯。拉伸樣表面腐蝕形貌、斷口形貌、剖面形貌試驗結(jié)果顯示，氫蝕引起的表面缺陷如蝕坑、微裂紋、氫擴散區(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模擬氫腐蝕的影響，計算了表面存在不同長度微裂紋時應(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降低了氫化腐蝕后