《添加Mg和Bi對鋯合金耐腐蝕性能影響的規律和機理研究》是依託上海大學，由姚美意擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：添加Mg和Bi對鋯合金耐腐蝕性能影響的規律和機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚美意
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鋯合金是水冷核反應堆中燃料元件的包殼材料。開發出具有我國自主智慧財產權的高性能鋯合金材料，對擺脫目前鋯合金材料完全依賴進口的局面和提高核電經濟性有現實而深遠的意義。初步研究結果表明添加Mg和Bi對純鋯和Zr-1Nb合金的耐腐蝕性能有改善作用，但沒有進行深入研究，也未見有這兩種元素對Zr-Sn-Nb系合金耐腐蝕性能影響的報導。本項目選用我國具有套用前景的Zr-Sn-Nb系合金為母合金，配製添加不同含量Mg和Bi的對比合金，研究Mg和Bi對Zr-Sn-Nb系合金顯微組織和耐腐蝕性能的影響；配製與含Mg和Bi第二相粒子成分相同的試驗合金，研究其腐蝕行為和腐蝕產物；研究鋯合金腐蝕後生成氧化膜的顯微組織，特別是Mg和Bi對氧化膜顯微組織結構演化的影響；最終認識Mg和Bi影響Zr-Sn-Nb合金耐腐蝕性能的規律和機理，為開發具有我國自主智慧財產權的新鋯合金提供合金元素選擇和熱加工制度制定的實驗和理論依據。
結題摘要
鋯合金是水冷核反應堆中燃料元件的包殼材料。在現有合金成分基礎上添加其它合金元素是開發優良耐腐蝕性能鋯合金的有效途徑。本項目選用Zr-4 (Zr-1.2~1.5Sn-0.2Fe-0.1Cr)、Zr-Sn-Nb系S5(Zr-0.8Sn-0.35Nb-0.4Fe-0.1Cr)和 T5(Zr-0.7Sn-1.07Nb-0.32Fe-0.08Cr) 、Zr-1Nb共5種合金為母合金，在其成分基礎上添加0.05%～0.5%Bi製備成含Bi合金，研究了這些合金的顯微組織和在不同腐蝕條件下的腐蝕行為，以及氧化膜的顯微組織。 研究結果表明：添加Bi對不同體系鋯合金耐腐蝕性能的影響是非常複雜的，與合金中已經存在的其它合金元素密切相關，也與腐蝕水化學條件密切相關。（1）添加0.1%～0.5%Bi會明顯惡化Zr-4合金在400℃/10.3 MPa過熱蒸汽中的耐腐蝕性能，並隨著Bi含量的增加，惡化趨勢越明顯；但添加Bi對Zr-4合金在360℃/18.6 MPa/0.01 M LiOH水溶液中耐腐蝕性能的影響卻取決於Sn含量和加工工藝。（2）添加0.1%～0.5%Bi能改善S5合金在400℃過熱蒸汽中的耐腐蝕性能，只是隨著Bi含量的增加，改善作用減弱；而添加Bi對S5合金在360℃ LiOH水溶液中的耐腐蝕性能影響不大。（3）添加0.1%～0.5%Bi對T5合金在400℃/10.3 MPa過熱蒸汽和360℃LiOH水溶液中的耐腐蝕性能影響都不大。（4）在Zr-1Nb+xBi合金中，添加0.05%～0.3%Bi能改善Zr-1Nb合金在400℃過熱蒸汽、360℃/18.6 MPa去離子水和 LiOH水溶液中的耐腐蝕性能，並隨著Bi含量的增加，改善作用越顯著。Bi的添加促進了Zr-4、S5和T5母合金中原來固溶在α-Zr基體中的Sn以第二相形式析出；隨著Nb含量的增加，固溶在α-Zr基體的Bi含量增大。當有較多的Bi固溶在α-Zr基體中時對鋯合金的耐腐蝕性能有改善作用，但當Bi以第二相形式析出時則會降低鋯合金的耐腐蝕性能。從氧化膜顯微組織結構演化的角度探討了Bi對不同體系鋯合金耐腐蝕性能的影響機理。
