【摘 要】
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3 种铀材料(U,U-2.5％Nb,U-5.7％Nb,合金含量指质量分数,下同)氢化腐蚀动力学存在较为明显差别,其中U-2.5％Nb 最易于受到氢腐蚀,其次是铀,而U-5.7％Nb 抗氢化性能较好.为研究不
【机 构】
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中国工程物理研究院材料研究所,四川江油华丰新村9号621700
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3 种铀材料(U,U-2.5％Nb,U-5.7％Nb,合金含量指质量分数,下同)氢化腐蚀动力学存在较为明显差别,其中U-2.5％Nb 最易于受到氢腐蚀,其次是铀,而U-5.7％Nb 抗氢化性能较好.为研究不同铀铌合金的氢化表现行为以及合金元素铌在氢化过程的作用规律和机制,以应变能理论为基础,对3 种合金表面氢化物生长进行模拟研究.对于经典的成核理论,反应动力学存在以下关系：κ=κ0exp(-E/RT),E 为活化能(活化能指反应过程中体系需克服的势垒,包括体系的自由能变化).显然,活化能直接影响反应进程.由于铀氢化物生长过程伴随着巨大的体积膨胀,应变能的变化不容忽视.获得了氢化物生长过程中的应力、应变和应变能演变,发现3 种材料在氢化物生长过程的应变能存在明显差异.3 种材料表面形成铀氢化物需克服的应变能顺序为：U-5.7％Nb＞U＞U-2.5％Nb.结合化学反应活化能理论,获得3 种材料的氢腐蚀倾向性顺序为：U-2.5％Nb＞U＞U-5.7％Nb.应变能模拟结果与3 种材料氢化腐蚀动力学实验一致,说明了氢化物生长的应变能模型的正确性,证实了氢化物形成时由于体积变化大,导致了巨大应变能形成,直接影响了铀氢化物的形成动力学.合金元素铌对铀的氢化影响主要在于不同铌浓度形成的铀铌合金的结构和性能不同,导致形成铀氢化物时的应变能不同,进一步影响了铀材料的氢化动力学.
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