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乏燃料棒M5锆合金包壳的透射电镜分析
1
作者 钱进 卞伟 +2 位作者 郭一帆 王鑫 梁政强 《原子能科学技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期149-156,共8页
压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热... 压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热室内进行,因此针对辐照后燃料包壳微观组织的研究也一直是工作的难点。本文在中国原子能科学研究院热室设施上,通过透射电镜分析手段,研究了M5锆合金包壳材料中子辐照后的微观组织。样品来源于国内商业压水堆AFA3G型乏燃料棒,其燃耗分别为14 GW·d/tU和41 GW·d/tU。从燃料棒上截取长度约10 mm的包壳样品,在热室内完成去芯块与化学清洗,获得空包壳样品,然后通过机械制样方法,制备出?3 mm薄片状包壳基体样品,最后采用电解双喷减薄方法,制备出包壳透射电镜观察分析样品。另外,为对比锆包壳辐照后的组织变化,采用同样方法制备了相同材料的冷态观察分析样品。冷态样品与辐照样品的观察分析结果表明:冷态Zr合金包壳基体组织内部存在原生的第二相粒子,基体内部整体较为干净,纳米析出相稀少,未观察到明显的位错结构;辐照后,基体内原生的第二相粒子尺寸和分布与冷态样品差异不明显,但出现了明显的纳米析出相和高密度位错组织;随着燃耗的增加,纳米析出相尺寸有增加的现象;低燃耗与高燃耗样品位错组织具有相似性,表明在14 GW·d/tU燃耗下,锆合金包壳内由辐照产生的位错组织已基本趋于饱和状态;电子选取衍射结果表明,辐照后,基体内原生的第二相粒子虽存在一些非晶组织,但仍以bcc晶体结构为主,表明在41 GW·d/tU燃耗下,第二相粒子保持了一定的辐照稳定性;另外,第二相的EDS结果表明,随着燃耗的增加,Nb元素的含量有贫化趋势;分析认为,Zr合金经中子辐照,第二相粒子中的Nb原子扩展至Zr基体内,将促进Nb元素以纳米富Nb相形式在Zr基体中析出。 展开更多
关键词 辐照后检验 透射电镜 压水堆 锆合金 燃料棒 中子辐照 热室
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氢含量对锆合金蠕变-疲劳行为的影响及机理研究
2
作者 陈乐 许江涛 +3 位作者 王朋飞 李顺平 戴训 刘肖 《有色金属工程》 CAS 北大核心 2024年第4期43-50,共8页
针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时... 针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时间30 s以上时无明显影响;保持时间对渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能无影响。不同保持时间下,未渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能最好,0.04%氢含量试样的性能最差,0.005%氢含量在高应变水平(高滞回能)下的抗蠕变-疲劳性能弱于0.02%氢含量试样,而在低应变水平区域优于0.02%氢含量试样。氢含量的影响机理为:固溶氢可提高蠕变-疲劳寿命,氢化物可降低蠕变-疲劳寿命;0.04%氢含量试样中氢化物起主导作用,导致其蠕变-疲劳性能最差。 展开更多
关键词 锆合金 蠕变-疲劳 渗氢 滞回能
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内压法锆合金薄壁管弹性模量试验研究
3
作者 赵兴华 徐尹杰 +3 位作者 唐韵 包陈 李冬梅 朱可加 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第10期87-92,共6页
薄壁管内压加载下的弹性模量测量具有较大难度,通常采用拉伸法测得的弹性模量来近似代替。该研究基于弹性力学理论,推导薄壁管受内压时的应力和应变公式,进而建立薄壁管受内压时的弹性模量分析模型。完成某型锆合金薄壁管在20~400℃下... 薄壁管内压加载下的弹性模量测量具有较大难度,通常采用拉伸法测得的弹性模量来近似代替。该研究基于弹性力学理论,推导薄壁管受内压时的应力和应变公式,进而建立薄壁管受内压时的弹性模量分析模型。完成某型锆合金薄壁管在20~400℃下的内压试验和拉伸试验,对比分析两种方法得到的弹性模量差异。研究结果表明,该锆合金薄壁管20~400℃的弹性模量在67~96 GPa之间,且弹性模量随温度的增加而减小;基于内压法和拉伸法得到的锆合金薄壁管弹性模量趋势一致,且该变化趋势符合指数函数规律。两种方法所得锆合金薄壁管的弹性模量存在3%的差异,该差异在核电等精密领域不可忽视。因此,该研究建立的基于内压法的弹性模量试验方法具有良好的可行性,可更准确地描述薄壁管在内压状态下的力学性能。 展开更多
关键词 内压法 薄壁管 弹性模量 锆合金
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核用锆合金管氧化过程中光谱发射率特性研究
4
作者 张凯 桂康 +1 位作者 叶林 刘若语 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第10期66-70,共5页
发射率在锆合金管非接触测温的准确性和失水事故情况下的传热分析上具有重要意义。本文采集了SZA4、SZA6和ZIRLO 3种锆合金在400,500,600℃下氧化100min过程中4~12μm内的光谱发射率数据,分析了温度、氧化膜厚度和合金组分对材料光谱发... 发射率在锆合金管非接触测温的准确性和失水事故情况下的传热分析上具有重要意义。本文采集了SZA4、SZA6和ZIRLO 3种锆合金在400,500,600℃下氧化100min过程中4~12μm内的光谱发射率数据,分析了温度、氧化膜厚度和合金组分对材料光谱发射率特性的影响规律。结果表明,3种锆合金在氧化过程中发射率变化趋势基本相同,但组分差异导致在发射率的数值和振荡特性上略有差别。通过建立薄膜干涉模型,解释了光谱发射率在波长方向上的振荡现象,并结合振荡极值与干涉效应原理计算了合金表面氧化膜厚度,在0.6~8μm范围内测量精度达到±0.3μm。 展开更多
关键词 锆合金 光谱发射率 氧化膜 干涉效应
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基于内压法的锆合金薄壁管泊松比试验研究
5
作者 赵兴华 唐韵 +2 位作者 徐尹杰 邢鲁 贺云 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第5期42-46,61,共6页
锆合金包壳管在核电应用中存在变形及破裂等问题,严重影响核电运行安全。为了更好地评价锆合金包壳管等薄壁管材受内压时的变形性能,给燃料组件的设计、计算、验证提供参考,设计基于内压法的泊松比测试方法。根据薄壁圆筒受均匀内压时... 锆合金包壳管在核电应用中存在变形及破裂等问题,严重影响核电运行安全。为了更好地评价锆合金包壳管等薄壁管材受内压时的变形性能,给燃料组件的设计、计算、验证提供参考,设计基于内压法的泊松比测试方法。根据薄壁圆筒受均匀内压时的应力解,推导出基于内压加载的薄壁管泊松比理论公式。按照该理论公式设计合理的内压试验方法,采用该方法对N36锆合金薄壁管开展20~400℃下的泊松比试验,同时通过拉伸法进行相应温度下的对比试验。结果表明,内压试验方法可以有效获得不同温度下锆合金薄壁管的泊松比,且内压试验方法得到的锆合金薄壁管泊松比与拉伸法结果较为一致,相对误差均在2%以内。试验结果同时表明:N36锆合金薄壁管的泊松比随试验温度的增加呈增大趋势。 展开更多
关键词 内压法 锆合金 薄壁管 泊松比
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热处理对锆合金管在纯水环境下腐蚀性能的影响
6
作者 谢麒麟 郑建聪 孙盼文 《钢管》 CAS 2024年第3期13-18,共6页
为评价反应堆燃料包壳用锆合金管在纯水环境下的腐蚀性能,研究不同热处理工艺对低锡低铌锆合金管的显微组织和腐蚀性能的影响。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了合金的基体组织,并在高压釜中进行了360℃/18.6 MPa纯水环境下长... 为评价反应堆燃料包壳用锆合金管在纯水环境下的腐蚀性能,研究不同热处理工艺对低锡低铌锆合金管的显微组织和腐蚀性能的影响。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了合金的基体组织,并在高压釜中进行了360℃/18.6 MPa纯水环境下长达300 d的腐蚀试验。结果表明:低锡低铌锆合金管在550℃退火、保温5 h后的显微组织为完全再结晶状态,组织形貌为均匀的等轴晶组织,其第二相均匀地分布在晶粒中;而β相水淬+500℃退火、保温5 h后的合金是非完全再结晶的,其组织主要呈板条状。两种热处理温度下制备的低锡低铌锆合金在360℃/18.6 MPa高温高压水中的耐腐蚀性能均优于商用ZIRLO合金。 展开更多
关键词 锆合金管 热处理 腐蚀性能 显微组织 氧化膜
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锆合金中氢化物析出对包壳力学性能的影响研究
7
作者 郭晓明 尹泓卜 +3 位作者 胡述伟 邱玺 蒲曾坪 肖忠 《科技视界》 2024年第12期37-43,共7页
锆合金是使用最广泛的商用电站的反应堆燃料组件用包壳材料,也是防止放射性物质泄漏的第一道安全屏障,其长期服役于高温、高压、性冷却剂腐蚀和强中子辐照环境。锆合金包壳与冷却水腐蚀会产生氢或氘,并扩散到其基体中。氢化物在锆合金... 锆合金是使用最广泛的商用电站的反应堆燃料组件用包壳材料,也是防止放射性物质泄漏的第一道安全屏障,其长期服役于高温、高压、性冷却剂腐蚀和强中子辐照环境。锆合金包壳与冷却水腐蚀会产生氢或氘,并扩散到其基体中。氢化物在锆合金中的固溶度有限,当氢含量超出极限固溶度时,其会以氢化物相的形式析出。过多的脆性氢化物相会大幅度降低锆合金包壳的力学性能,从而限制燃料包壳的使用寿命,甚至可能导致其失效。氢进入锆合金基体而导致其失效的现象称为氢脆。目前,相关文献中已经报道了大量关于氢脆的研究。文章从锆合金中氢化物、氢化物取向等因素分析其对锆合金中力学性能的影响,以期为锆合金中氢化物的相关研究提供参考。 展开更多
关键词 锆合金 氢化物 氢化物取向 力学性能
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氢化脱氢工艺的控制对锆合金粉末性能的影响
8
作者 强瑞 张宏智 +2 位作者 王俊魁 向姣 赵勇 《冶金与材料》 2024年第6期184-186,共3页
文章以海绵锆为原料,首先选取氢化脱氢工艺制备纯度高、流动性良好及粒度分布可控的锆合金粉末,然后详细介绍了氢化工艺、氢化锆粉制备工艺、脱氢工艺和锆合金粉制备工艺,最后探讨研究制备过程工艺条件及参数对粉末性能的影响。文章结... 文章以海绵锆为原料,首先选取氢化脱氢工艺制备纯度高、流动性良好及粒度分布可控的锆合金粉末,然后详细介绍了氢化工艺、氢化锆粉制备工艺、脱氢工艺和锆合金粉制备工艺,最后探讨研究制备过程工艺条件及参数对粉末性能的影响。文章结果表明,选取600℃作为锆合金氢化温度,可以实现锆锭氢化完全;采用颚式破碎机和锤式破碎机对氢化锆块进行破碎,氢化锆粉粒径分布范围集中,可以满足海绵锆锭的脆化;真空度为3×10^(-3)Pa、脱氢温度为700℃是较优的脱氢工艺参数;采用内部带肋片的滚筒钝化机钝化锆合金粉,可改善锆合金粉末体的不规则形貌,制备出流动性良好及粒度分布可控的锆合金粉末,并且锆合金粉的氧、氢、氮等杂质含量满足锆粉对杂质含量要求。 展开更多
关键词 氢化脱氢 锆合金粉末 钝化工艺
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电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锆合金中5种元素的含量 被引量：1
9
作者 巩琛 黄辉 +3 位作者 冯典英 张嘉祺 李颖 李本涛 《理化检验（化学分册）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期44-48,共5页
提出了电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锆合金中锡、铌、铁、铬、镍含量的方法。取样品0.1 g,加入5 mL水、5 mL硝酸和0.5 mL氢氟酸,于100℃加热5 min,用水定容至25 mL。设置仪器射频功率为1300 W,雾化气流量为0.80 L·min^(-1)... 提出了电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锆合金中锡、铌、铁、铬、镍含量的方法。取样品0.1 g,加入5 mL水、5 mL硝酸和0.5 mL氢氟酸,于100℃加热5 min,用水定容至25 mL。设置仪器射频功率为1300 W,雾化气流量为0.80 L·min^(-1),进样量为2.0 mL·min^(-1),测定5种元素在Sn 242.949 nm、Nb 309.418 nm、Fe 259.941 nm、Ni 221.648 nm、Cr 267.716 nm等分析谱线处的响应强度,基质匹配法定量。结果表明:锡、铌的质量浓度在150μg·mL^(-1)以内,铁、铬、镍的质量浓度在15μg·mL^(-1)以内分别与对应的响应强度呈线性关系;锡检出限(3s)为16μg·g^(-1),其他元素检出限(3s)均低于3.0μg·g^(-1);各元素方法重复性的相对标准偏差(n=10)均小于2.0%,加标回收率为99.0%~109%;采用锆合金标准物质SRM360b进行验证,测定值均在认定值的不确定度范围内。 展开更多
关键词 电感耦合等离子体原子发射光谱法 锆合金 元素
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锆合金氧化膜及基体中氧的扩散 被引量：1
10
作者 张君松 吴军 +2 位作者 廖京京 韦天国 龙冲生 《原子能科学技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期175-180,共6页
锆合金氧化膜及基体中氧的扩散系数是锆合金腐蚀动力学中的重要参数,目前文献报道的氧在锆及氧化膜中的扩散系数数值差异较大。本文通过真空退火试验,得到不同温度下氧化膜中氧浓度分布,计算了氧在锆合金基体中的扩散系数;通过氧化膜的... 锆合金氧化膜及基体中氧的扩散系数是锆合金腐蚀动力学中的重要参数,目前文献报道的氧在锆及氧化膜中的扩散系数数值差异较大。本文通过真空退火试验,得到不同温度下氧化膜中氧浓度分布,计算了氧在锆合金基体中的扩散系数;通过氧化膜的等效扩散模型,由腐蚀转折前的腐蚀增重曲线,估算锆合金氧化膜中氧的扩散系数,得到Zr-Sn-Nb合金基体中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_(Zr)(cm^(2)/s)=0.18exp(-180 000/RT);通过转折前的腐蚀增重曲线,估算得到氧化膜中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_(ox)(cm^(2)/s)=3×10^(-7)exp(-101 550/RT)。 展开更多
关键词 锆合金 锆基体 氧化膜 扩散系数
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涂层锆合金包壳管切向微动磨损数值预测模型研究 被引量：1
11
作者 王凯模 沈火明 +5 位作者 王宇星 廖业宏 刘娟 任啟森 彭振驯 黄恒 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2024年第2期117-122,共6页
为建立涂层锆合金包壳微动磨损的有限元计算分析模型,预测切向工况下的最大磨损深度,基于包壳-格架的实际几何特征建立了涂层锆合金包壳-刚凸接触系统的有限元模型,采用Archard磨损模型计算磨损量,结合ABAQUS的ALE功能和UMESHMOTION子... 为建立涂层锆合金包壳微动磨损的有限元计算分析模型,预测切向工况下的最大磨损深度,基于包壳-格架的实际几何特征建立了涂层锆合金包壳-刚凸接触系统的有限元模型,采用Archard磨损模型计算磨损量,结合ABAQUS的ALE功能和UMESHMOTION子程序模拟磨损过程。根据微动磨损试验结果分析磨损系数随磨损周次的变化情况,并拟合其函数关系。有限元计算的最大磨损深度和最大深度的位置与试验结果相符,表明所建立的模型可用于涂层锆合金包壳切向微动磨损最大深度的预测。 展开更多
关键词 锆合金包壳 微动磨损 Archard模型
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基于机器学习的锆合金在360℃/18.6 MPa溶氧水中腐蚀预测方法研究
12
作者 吴境 韦天国 +3 位作者 赵博学 范洪远 王均 赵毅 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1950-1957,共8页
锆合金在核反应堆复杂环境中会发生氧化,为进行高温锆合金腐蚀增重研究,以基于机器学习的预测方法为其提供新的辅助手段。数据集来源于实验记录数据,使用7种机器学习算法进行锆合金腐蚀增重模型的建立,通过对比性能指标的差异,进行进一... 锆合金在核反应堆复杂环境中会发生氧化,为进行高温锆合金腐蚀增重研究,以基于机器学习的预测方法为其提供新的辅助手段。数据集来源于实验记录数据,使用7种机器学习算法进行锆合金腐蚀增重模型的建立,通过对比性能指标的差异,进行进一步的超参数优化和交叉验证,最终得到优化的XGBoost-锆合金腐蚀增重预测模型。结果表明,经过验证集进行验证得出预测值的平均绝对百分比误差约为5.3%。通过SHAP解释法进行模型的解释性分析,得出重要性较高的特征为腐蚀时间和温度,为进一步的腐蚀研究提供了关键特征。最终所建立的模型可以从数据驱动的角度准确预测锆合金腐蚀增重情况,辅助和加快锆合金腐蚀研究。 展开更多
关键词 锆合金 腐蚀 机器学习 增重预测 模型解释
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Zr-Sn-Nb-Cr-Fe锆合金搅拌摩擦焊工艺及焊缝组织和性能
13
作者 张超 周猛兵 +4 位作者 陶欣 郑云西 王治国 魏连峰 杨灿湘 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期103-108,I0009,共7页
文中对Zr-Sn-Nb-Cr-Fe锆合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)工艺、微观组织和腐蚀性能进行了分析.结果表明,采用W-25%Re的搅拌工具在转速250 r/min、焊接速度40 mm/min、顶锻压力10 kN、氩气保护条件下可以获得成形良好且无焊... 文中对Zr-Sn-Nb-Cr-Fe锆合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)工艺、微观组织和腐蚀性能进行了分析.结果表明,采用W-25%Re的搅拌工具在转速250 r/min、焊接速度40 mm/min、顶锻压力10 kN、氩气保护条件下可以获得成形良好且无焊接缺陷的锆合金FSW接头.搅拌区(stir zone,SZ)剧烈的塑性变形促进动态再结晶、合金元素扩散和晶粒细化,晶粒尺寸随着转速增加而增大,同时SZ内在晶界位置处析出大量的形状不规则的第二相粒子.不同焊接参数制备的FSW接头在360℃、18.6 MPa中性水中腐蚀72 h后均表现为黑色、光亮、致密的氧化膜,但随着转速增加接头耐腐蚀性能降低. 展开更多
关键词 锆合金 搅拌摩擦焊 焊接工艺 微观组织 腐蚀性能
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锆合金管塞结构压力电阻焊接头的应力集中系数及影响因素
14
作者 季顺成 张学粮 +4 位作者 林健(导师) 鲁立 陈兵兵 雷永平 冯刚 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期82-88,共7页
采用Abaqus有限元分析软件建立了锆合金管塞结构压力电阻焊接模型与应力集中系数计算模型,通过与热模拟试验得到的挤出金属高度进行对比,对焊接模型进行验证,模拟分析了内部挤出金属过渡角、端塞行进量和包壳管内壁倒角对接头应力集中... 采用Abaqus有限元分析软件建立了锆合金管塞结构压力电阻焊接模型与应力集中系数计算模型,通过与热模拟试验得到的挤出金属高度进行对比,对焊接模型进行验证,模拟分析了内部挤出金属过渡角、端塞行进量和包壳管内壁倒角对接头应力集中系数的影响。结果表明:内部挤出金属高度模拟结果和试验结果的相对误差为9.58%,外部挤出金属高度的相对误差为6.65%,说明建立的焊接模型准确;随着内部挤出金属过渡角增加,接头应力集中系数先降低,当过渡角增大至60°后增加,增大至120°时又下降;随着端塞行进量的增加,内部挤出金属过渡角降低,应力集中系数增加,接头熔合线长度增大;与未倒角接头相比,包壳管内壁倒角深度不大于0.50 mm时应力集中系数降低,最大降低了16.00%,倒角深度大于0.50 mm时应力集中系数增大,最大提高了91.49%。 展开更多
关键词 锆合金 管塞结构 压力电阻焊 应力集中系数 端塞行进量
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锆合金压力电阻焊接头热影响区中第二相的组织特征
15
作者 安军靖 杨乐 +3 位作者 鲁立 林健 陈兵兵 周明胜 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期25-31,共7页
采用热模拟试验机分别对Zr-4合金管和锆锡铌(Zr-Sn-Nb)系锆合金管与Zr-4合金柱进行压力电阻焊连接,研究了接头热影响区的第二相形貌、成分和晶体结构,并与母材进行对比。结果表明:在压力电阻焊的热力耦合作用下,Zr-4合金接头热影响区近... 采用热模拟试验机分别对Zr-4合金管和锆锡铌(Zr-Sn-Nb)系锆合金管与Zr-4合金柱进行压力电阻焊连接,研究了接头热影响区的第二相形貌、成分和晶体结构,并与母材进行对比。结果表明:在压力电阻焊的热力耦合作用下,Zr-4合金接头热影响区近熔合线区的第二相粒子发生完全溶解,近母材区的密排六方结构Zr(Fe,Cr)_(2)Laves第二相颗粒的数量相比母材显著减少,平均直径增大。Zr-Sn-Nb系合金接头热影响区近熔合线区的第二相颗粒数量很少,以直径小于50nm的体心立方结构β-Nb相为主,近母材区的第二相颗粒数量介于母材与热影响区近熔合线区之间,由细小的体心立方结构β-Nb相以及粗大的面心立方结构(Zr,Nb)Fe_(2)相组成。 展开更多
关键词 锆合金包壳管 压力电阻焊 第二相颗粒 晶体结构
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锆合金表面高温抗氧化涂层的研究进展
16
作者 朱林丹 肖华强 +4 位作者 任丽蓉 肖易 莫太骞 林波 田雨鑫 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2869-2894,共26页
锆合金因其热中子吸收截面小、热膨胀系数低,以及与UO2良好的相容性而成为当前核反应堆中主要的构件材料。然而,在高温蒸汽氧化环境中,锆合金会快速氧化失效,并产生大量氢气,从而引发氢爆炸。为了提高核反应堆的安全性,对锆合金表面进... 锆合金因其热中子吸收截面小、热膨胀系数低,以及与UO2良好的相容性而成为当前核反应堆中主要的构件材料。然而,在高温蒸汽氧化环境中,锆合金会快速氧化失效,并产生大量氢气,从而引发氢爆炸。为了提高核反应堆的安全性,对锆合金表面进行强化形成高温抗氧化防护涂层,是解决这一难题的有效途径。本文介绍了锆合金表面高温氧化行为,重点综述了高温抗氧化涂层(包括金属涂层、陶瓷涂层以及复合涂层)的氧化行为和失效机理,对比分析了不同锆合金表面涂层高温氧化性能。另外,还对锆合金表面高温抗氧化涂层的多元素成分设计、制备方法和梯度结构设计的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 锆合金 蒸汽氧化 高温抗氧化涂层 热膨胀系数
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铀、锆以及铀锆合金精确原子间势的深度学习
17
作者 尹晚秋 薄涛 +3 位作者 赵玉宝 张蕾 柴之芳 石伟群 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期450-461,I0002,共13页
铀锆合金作为一体化快堆的重要核燃料,使用先进的计算方法研究其高温下的基础物理性质意义重大。使用深度势能分子动力学方法分别计算了体心立方铀、锆和铀锆合金材料的基础物理性质,该方法兼具第一性原理的高精度和经典分子动力学的高... 铀锆合金作为一体化快堆的重要核燃料,使用先进的计算方法研究其高温下的基础物理性质意义重大。使用深度势能分子动力学方法分别计算了体心立方铀、锆和铀锆合金材料的基础物理性质,该方法兼具第一性原理的高精度和经典分子动力学的高效率。首先,通过使用深度神经网络机器学习训练了体心立方锆(Zr-BCC)、体心立方铀(U-BCC)和体心立方铀锆合金(U-Zr(BCC))的深度势能(DP)模型,其预测的平衡状态方程、晶格常数、弹性性质和声子谱能够达到第一性原理的精度。接着,使用DP模型预测了Zr-BCC、UBCC和U-Zr(BCC)的恒压热容和密度随温度的变化,并且结果能够很好地与实验值吻合。该研究结果表明机器学习方法为成功探索更复杂的核燃料性质提供了重要的路径。 展开更多
关键词 铀锆合金 机器学习 第一性原理 分子动力学 热力学性质
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基于介观模型的锆合金辐照变形数据挖掘库的建立与应用研究
18
作者 黄俊 张自康 +1 位作者 刘桂森 沈耀 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期76-88,共13页
在核工业领域,锆合金作为结构材料在辐照过程中承受热、力和中子辐照等综合影响,发生辐照变形,从而影响其使用可靠性。对锆合金的辐照变形进行研究和预测对保障反应堆的安全、经济运行具有关键作用。本研究收集公开发表的文献中的锆合... 在核工业领域,锆合金作为结构材料在辐照过程中承受热、力和中子辐照等综合影响,发生辐照变形,从而影响其使用可靠性。对锆合金的辐照变形进行研究和预测对保障反应堆的安全、经济运行具有关键作用。本研究收集公开发表的文献中的锆合金辐照变形实验数据,建立了一个包含实验数据及其详细描述信息的数据库;在此基础上,利用数据库进行规律探索,结合自研介观模型进行模型验证和数据挖掘。特别地,对数据库中的50余组初步数据进行数据挖掘,探讨了模型参数与控制变量之间的关联要素。通过数据挖掘发现,随着Nb含量的增加,滑移系的临界分切应力增加;随着温度升高,锆合金的辐照蠕变柔度增加。相比于传统的数据归纳方法,该研究引入了基于物理机制的介观模型拟合和数据挖掘的新思路,为锆合金辐照变形研究带来新的方法和启示,在收集的数据充分扩充后,其效益将会更显著。 展开更多
关键词 锆合金 辐照变形 介观模型 数据挖掘库 黏塑性自洽模型
原文传递
涂层厚度对Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机制的影响 被引量：1
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作者 严俊 高思宇 +5 位作者 杨钟毓 李思功 王占伟 彭振驯 薛佳祥 廖业宏 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期147-157,251,共12页
目的研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据。方法以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20μm 3类。采用高温... 目的研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据。方法以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20μm 3类。采用高温蒸汽氧化设备开展试验,氧化温度为1200℃,等温氧化时间为500~3000 s,系统研究模拟反应堆失水事故(LOCA)工况下涂层厚度对该材料体系高温蒸汽氧化行为及氧化动力学的影响。试验后,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜及能谱仪等表征各样品氧化膜微结构特征、氧化层厚度、元素分布及物相组成等,基于氧化膜层厚度构建Cr涂层氧化动力学模型,同步探讨涂层原始厚度对其高温蒸汽氧化-失效微观机理的影响。结果涂层厚度为10μm时,其对锆合金基体保护作用有限,等温氧化2000 s时其表面Cr_(2)O_(3)氧化膜和残余Cr涂层已完全丧失保护功能,锆合金基体被连续氧化。涂层厚度为15μm时,第一阶段,生成保护性能较好的Cr_(2)O_(3)氧化膜,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律;第二阶段,Cr涂层的氧化行为发生转变,氧化膜及其残余涂层保护性能衰退,但锆合金基体始终未被氧化。涂层厚度为20μm时,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律,但氧化行为未发生转变,表面氧化膜及残余Cr涂层保护性能较好。结论Cr涂层厚度增加可在一定程度上提升其抗高温蒸汽氧化性能,进而提高反应堆事故工况下燃料包壳抵御事故的能力,从而在一定程度上延长不干预时间。 展开更多
关键词 涂层锆合金 高温蒸汽氧化 涂层厚度 氧化动力学 氧化机制
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连续挤压铜铬锆合金线材组织和性能研究
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作者 张颖 朱凤彤 +2 位作者 赵若菁 伏洪旺 运新兵 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期178-187,共10页
通过热压缩实验建立了铜铬锆合金的本构方程,采用有限元模拟软件DEFORM-3D分析了模具尺寸、挤压轮转速对铜铬锆合金连续挤压变形过程的影响,并利用扫描电子显微镜、电子背散射衍射、力学性能实验等分析了连续挤压产品的微观组织、力学... 通过热压缩实验建立了铜铬锆合金的本构方程,采用有限元模拟软件DEFORM-3D分析了模具尺寸、挤压轮转速对铜铬锆合金连续挤压变形过程的影响,并利用扫描电子显微镜、电子背散射衍射、力学性能实验等分析了连续挤压产品的微观组织、力学性能。结果表明:模具尺寸为5 mm×10 mm时,比尺寸为6 mm×8.4 mm的连续挤压变形温度更高、等效应变更大、挤压轮扭矩更高;挤压轮转速为10 r·min^(-1)时要比转速为7 r·min^(-1)的连续挤压变形温度更高、等效应变更大、挤压轮扭矩更高。连续挤压变形显著细化了铜铬锆合金的晶粒尺寸,当模具尺寸为5 mm×10 mm,而挤压轮转速分别为7和10 r·min^(-1)时,平均晶粒尺寸从2 mm分别细化到0.77和0.54μm;当模具尺寸为6 mm×8.4 mm,而挤压轮转速分别为7和10 r·min^(-1)时,平均晶粒尺寸从2 mm分别细化到0.52和0.40μm。连续挤压变形显著提高了铜铬锆合金的力学性能,模具尺寸为5 mm×10 mm、挤压轮转速为7 r·min^(-1)时产品抗拉强度达到最高的530.75 MPa,比铸态坯料提高了98.3%。 展开更多
关键词 铜铬锆合金 连续挤压 数值模拟 微观组织 力学性能
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