【摘 要】
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锆合金因其具有优异的力学性能以及耐腐蚀性能被用作核反应堆的核燃料包壳。锆合金的微观结构以及力学性能对核反应堆运行的安全性至关重要,因此有必要对锆合金的微观结构与
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锆合金因其具有优异的力学性能以及耐腐蚀性能被用作核反应堆的核燃料包壳。锆合金的微观结构以及力学性能对核反应堆运行的安全性至关重要,因此有必要对锆合金的微观结构与力学性能演变进行深入的研究。而扩散相关数据是研究材料演变所必需的最基础的数据之一。本论文主要以Zr-Cu和Zr-Nb体系为研究对象,对其扩散相关过程进行系统研究,力求完善Zr-Nb和Zr-Cu体系的扩散动力学和热力学参数,主要研究内容如下:(1)对Zr-Cu二元扩散偶在770-840 ℃退火处理,结果表明在扩散区形成了六种金属间化合物相,即:Cu9Zr2,Cu51Zr14,Cu8Zr3,Cu10Zr7,CuZr和CuZr2,各相的生长机制在初始阶段并不是体扩散,随着退火时间的延长和扩散层的长大,其机制转变为体扩散,换言之金属间化合物的长大随退火时间呈线性增长。(2)本文计算了 770-840 ℃温度范围内Zr-Cu金属间化合物的互扩散系数和扩散激活能,其扩散系数和扩散激活能符合以下规律:DCu51Zr14>DCugZr2>DCu8Zr3>DCuZr>DCuZr2,QCu51Zr14>QCu8Zr3>QCu9Zr2>QCuZr>QCuZr2。(3)通过纳米压痕测试仪测得Cu51Zr14的纳米硬度(11.61GPa)和弹性模量(146.96 GPa)稍大于Cu9Zr2的纳米硬度(10.09 GPa)和弹性模量(143.04 GPa),但它们的纳米硬度和弹性模量远远大于纯Zr和纯Cu的纳米硬度和弹性模量。(4)利用Zr/Nb二元扩散偶研究了 Zr-Nb体系的互扩散,柯肯达尔孔洞和柯肯达尔面的位置靠近扩散偶的Nb一侧,表明1000-1200 ℃之间铌的本征扩散率比锆的本征扩散速率要快,Zr-Nb体系的扩散曲线是典型的固溶扩散曲线,互扩散系数在1000-1200 ℃之间随着Nb含量的增加而减小。(5)利用Zr/Zr-5Nb二元扩散偶研究了 Zr-Nb体系的杂质扩散过程,所有的扩散偶样品中没有观察到柯肯达尔孔洞和可肯达尔面的存在,Zr-Nb体系的杂质扩散系数随温度的升高而增大,其杂质扩散激活能和指前因子分别是 108.21 kJ/mol和 0.95 ×10-9 m2/s。
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