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核燃料包壳管是核反应堆的重要组成部分,但目前应用广泛的Zr合金燃料包壳管存在事故容错方面的缺陷。高熵合金这一概念自提出以来便成为材料研究的热点之一,该合金突破了传统合金设计的理念,以多主元元素混合产生高熵效应,从而使其结构简单化,并不形成复杂的相结构。高熵合金具有以下优点:(1)相结构简单;(2)拥有很多传统合金不具备的优异性能,如高硬度、良好的耐蚀性耐磨性、稳定的热稳定性、优异的辐照性能等。因此,高熵合金在核燃料包壳管领域极具应用前景。本文根据核燃料包壳管的性能要求及高熵合金的形成条件,选择了高熵合金的主要元素,通过理论计算和电弧熔炼技术制备了AlCrCuFeMox和AlCrCuFeNbx(x=0,0.3,0.5,0.7,1.0)两种高熵合金体系。分析合金的组织、相结构及性能与Mo、Nb元素含量的关系,并在核燃料包壳的工况下进行了高压纯水腐蚀和高温水蒸气氧化性能测试。主要得到以下结果:(1)AlCrCuFeMox高熵合金的相结构随着Mo元素的加入而改变,由原来的FCC+BCC相结构转变为双BCC相结构;该系列合金的硬度和强度均随着Mo元素含量的增加而升高,但塑性较差,AlCrCuFeMo合金的硬度和强度最高,分别为596.6 HV和1902.27 MPa;其耐磨性优于Zr合金核燃料包壳和AlCrCuFeNb高熵合金。在1200℃水蒸气环境下的抗氧化性能要优于Zr合金,当Mo元素含量为1.0时,合金的抗高温水蒸气氧化性能最好,1h氧化增重为59.5 mg/dm2,远小于Zr合金的增重量3932 mg/dm2,氧化后的氧化产物为Al2O3。但是,该系列高熵合金由于在高压纯水腐蚀实验中均发生了腐蚀现象,且腐蚀产物容易脱落,故还无法得到较为满意的结果。(2)AlCrCuFeNbx高熵合金的相结构随着Nb元素的加入而改变,由原来的FCC+BCC相结构转变为FCC+BCC+Cu9Al4相结构;该系列合金的硬度和强度均随着Nb元素含量的增加而升高,但塑性较差,AlCrCuFeNb合金的硬度和强度最高,分别为756 HV,强度达到1865.95 MPa;其耐磨性优于Zr合金核燃料包壳;在1200℃水蒸气环境下的抗氧化性能要优于Zr合金,其中以AlCrCuFeNb高熵合金的耐高温氧化性能最佳,1h氧化增重量达最小值36.8 mg/dm2,远小于Zr合金的增重量3932 mg/dm2,且合金没有发生变形,氧化层较为致密,从氧化增重来看要优于AlCrCuFeMo高熵合金的耐高温氧化性能。生成的氧化产物主要为Al2O3,此外还存在少量的CrNbO4氧化物。但是,在高压纯水腐蚀实验中均发生了腐蚀现象,且腐蚀产物有脱落,AlCrCuFeNb高熵合金的腐蚀增重不大,因此存在继续改善该性能的可能。Mo元素和Nb元素的添加,都有效的提高了高熵合金的硬度、强度和耐磨性。尤其是抗高温水蒸气氧化性能得到了很大的提升。其中AlCrCuFeNb高熵合金有着更低的高温水蒸气氧化增重和更低的纯水腐蚀增重,在事故容错性能方面更是远远优于Zr合金核燃料包壳管,在核燃料包壳管的领域极具应用前景。但是该合金在高压纯水腐蚀测试中的数据仍然达不到核反应堆工作要求,需要进行进一步的改善和测试。