【摘 要】
:
GH3535高温镍基合金因其优越的高温机械性能、高温抗氧化性以及耐腐蚀性,被选为熔盐堆的主要结构材料。焊接是反应堆构件成型时必不可少的连接工艺,因焊接时焊接接头要承受反复的热循环会导致其产生强烈的组织和力学不均匀性,因此焊接部位常作为结构材料的薄弱环节被重点关注。在反应堆服役期间结构材料会面临严重的中子辐照损伤问题,目前对于熔盐堆工况下GH3535焊接接头高温中子辐照数据是缺乏的,且相关辐照损伤效
【机 构】
:
中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【出 处】
:
中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
论文部分内容阅读
GH3535高温镍基合金因其优越的高温机械性能、高温抗氧化性以及耐腐蚀性,被选为熔盐堆的主要结构材料。焊接是反应堆构件成型时必不可少的连接工艺,因焊接时焊接接头要承受反复的热循环会导致其产生强烈的组织和力学不均匀性,因此焊接部位常作为结构材料的薄弱环节被重点关注。在反应堆服役期间结构材料会面临严重的中子辐照损伤问题,目前对于熔盐堆工况下GH3535焊接接头高温中子辐照数据是缺乏的,且相关辐照损伤效应研究鲜有报道,尤其是GH3535焊接接头高温氦效应的研究更少。此外,焊缝、热影响区中特殊的微观结构是否会影响其辐照损伤效应,成为服役的较薄弱环节有待探讨。本研究主要借助氦离子和重离子(Fe、Xe离子)对GH3535焊接接头进行辐照损伤效应研究。主要从辐照后样品的力学性能和微观缺陷演化两个方面对焊缝、热影响区和母材的辐照性能和损伤机制进行探讨。分析焊接接头各区域辐照后宏观行为的演化差异,探讨微观缺陷在焊缝、热影响区和母材中的演化机制,并建立微观缺陷演化差异与其宏观行为不同的关联性,为评价GH3535合金焊接接头辐照性能提供依据和数据。在焊接接头力学行为研究中发现,不论是氦离子辐照还是重离子辐照,在常温下,焊缝、热影响区和母材的硬化行为都是一致的,即都随辐照剂量增加先增加而又趋近饱和,而在高温下力学行为会出现明显不同。对于氦离子辐照效应方面,在650℃下,焊缝、热影响区的硬度随辐照剂量增加一直增加,而母材硬度增加幅度逐渐变缓。在1×1017 ions/cm2下焊缝、热影响区和母材的硬化程度分别是92.9%、91.3%和72.7%。其次,在2×1016 ions/cm2的氦离子辐照下,焊缝和母材的硬化程度随着辐照温度(650、750、850℃)增加而逐渐降低,焊缝硬度的降低速率远大于母材。在重离子辐照损伤效应的研究中,焊缝和母材硬度随着温度升高都出现了异常增高现象,尤其是母材硬化行为十分明显,其硬化程度几乎是焊缝的3倍。这说明离位损伤在高温下引入缺陷造成的硬化和氦离子辐照缺陷造成的硬化是有明显区别的。此外,微柱压缩测试方法被成功的应用于评估GH3535合金母材的辐照硬化行为,成功建立了压缩时应力变化和样品微观结构缺陷特征之间的关联性。对焊接接头不同区域微观缺陷演化机制进行分析来确定高温下力学行为演化差异的原因。首先关于氦离子辐照效应研究,650℃,1×1017 ions/cm2氦离子辐照下,焊缝、热影响区的高密度位错线的存在影响氦泡的形核与长大,造成焊缝、HAZ中具有和母材不同数密度和尺寸的氦泡。借助弥散强化模型验证了氦泡数密度和尺寸的差异是造成焊接接头不同区域硬化行为差异的主要原因。其次,焊缝中位错线以及碳化物界面作为捕获辐照缺陷的缺陷阱,捕获能力具有温度依赖性。随着温度升高,这些缺陷阱捕获氦原子和间隙子的能力也会越强。在850℃下,焊缝中高密度位错线和纳米碳化物的存在,有效吸收了更多的氦原子和间隙原子,使得焊缝中氦泡几乎都分布在位错线和碳化物界面上,既有效降低了氦泡的密度,又抑制了位错环的形成和长大,使得焊缝中氦泡平均数密度以及位错环的平均数密度和尺寸均低于母材。这也是焊缝的硬化程度(36%)远小于母材的硬化程度(70%)的主要原因。在650、750、850℃的氦离子辐照下,明确了氦泡在母材中的演化机制,在高温辐照过程中样品内部既存在氦原子的扩散,同时也存在氦泡的粗化长大,其中氦原子的扩散机制主要是自间隙子/氦原子替换机制,氦泡粗化机制是表面扩散控制的迁移与合并。850℃下氦泡的形状呈现为八面体,在750、850℃下观察到环-泡复合体的存在,即氦泡和位错环的演化相互作用,且影响作用具有温度依赖性,随着温度升高,氦泡长大的同时,也促进位错环急剧长大。在多能Fe离子辐照后微观缺陷演化的研究中发现,常温(RT)辐照下,经8dpa辐照后的母材中只观察到了位错环和位错线的存在。高温多能Fe离子辐照(8dpa)会在母材和焊缝中诱导产生析出相,使其硬度和常温相比出现反常增加。进一步的研究发现焊缝中的位错线结构抑制了析出相的形成,导致其内部析出相密度低于母材,这也是为什么最终焊缝的硬度比母材硬度低的关键原因。
其他文献
熔盐堆是国际上推荐的第四代先进核反应堆中唯一使用液态燃料的反应堆,这个特点使得放射化学可在熔盐堆中发挥比在任何其他反应堆中更为重要的作用,故而熔盐堆又被视为“化学堆”或“化学家的反应堆”。熔盐堆中裂变产物的行为分布与反应堆中子经济性、燃料利用率、堆运行效率和安全、燃料处理密切联系。其中,裂变产物碘由于质量范围宽、裂变产额高、物理化学性质复杂,在裂变产物中占据着特殊位置,并引起了广泛的关注。本论文将
共价有机框架(COFs:covalent organic frameworks)材料是由有机小分子连接体通过共价键合构筑,以热力学控制的可逆共价聚合形成的具有结晶性的多孔有机网络。COFs的官能结构可以调控替换,孔隙分布均匀且可以根据单体控制,周期重复的单元有利于丰富位点的密度,这些使得COFs无论在直接构筑催化位点还是构筑催化剂的前驱体都具有不可替代的优势。氧还原反应(ORR:oxygen re
商业核反应堆所使用的传统UO2燃料芯块的低导热能力限制了反应堆的堆芯功率,并对反应堆的运行带来一定的安全隐患,尤其在面对主冷却剂缺失等严重事故时缺乏事故容错能力。为此,全球主要的核能国家都启动了事故容错燃料的研发项目。在不改变UO2中子特性的前提下,热导率增强型UO2芯块最有希望在较短的周期内投入商业堆使用。提高UO2热导率的一个重要途经就是提高UO2的晶粒尺寸,通过提高UO2的晶粒尺寸还能够有效
中子俘获截面数据在核物理、核天体物理以及核科学技术等领域有着广泛的应用。高精度的中子俘获截面对很多领域而言都是重要的参数。宇宙中元素起源一直是天体物理学的一个重要课题。大爆炸原初核合成解释了轻元素的产生,而恒星中的核燃烧过程可以解释从碳到铁的元素的产生。对于比铁更重的元素,中子俘获反应是其产生的主要途径。铒(natEr)、钐(natSm)元素的多种同位素是天体物理s过程路径上的重要核素,如166,
高温电解水蒸气制氢技术以固体氧化物电解池(SOEC)为核心反应器,可为能源的转化和存储提供重要途径,但是受SOEC性能与稳定性限制,SOEC的商业化程度仍然受阻。研究SOEC单电池的微观结构对其性能优化设计具有重要指导意义,然而单体SOEC结构复杂,迄今仍面临定量分析困难、构效关系不明晰的科学问题。本文工作围绕氧离子传导型镍-氧化钇稳定氧化锆/氧化钇稳定氧化锆/镧锶钴铁-镉掺杂二氧化铈(Ni-8Y
我国西部黄土地区具有特殊的地质环境,黄土厚度大,地震活动频繁,抗震设防烈度高,在西部交通基础设施不断完善,隧道数量快速增加的背景下,大量隧道工程随时面临着地震灾害的威胁。因此,对黄土隧道洞口段地震动力响应规律、失稳机制及对策的研究,具有重要的现实意义。本文结合隧道洞口段震害资料和相关研究文献,通过数值模拟和大型振动台模型试验,考虑坡高、坡角、入洞高程和地震波频谱特性等主要影响因素,以加速度、加速度
抗生素作为一种典型的新污染物对环境和人类健康具有潜在的风险,已经引起人们极大关注但尚未被有效管控。天然水体中抗生素浓度极低,传统饮用水处理工艺受限于这种微量的存在而表现的效率非常低。利用氮掺杂石墨烯(N-rGO)具备吸附、催化的双重功能,与过氧一硫酸盐(PMS)结合构建并强化“吸附-催化氧化”体系对水中微量抗生素进行同步富集、降解,同时通过结构调控及材料功能化增加氮掺杂石墨烯活性位点数量,提高吸附
非金属管线受其材料的物理化学性质决定,具有极强的抗腐蚀能力,在油田低压集输系统中有着广泛的应用。但与金属类管线相比,非金属管线也有着明显的缺点,管线承压能力较差,在集输压力波动较大时容易出现穿孔等事故。课题研究由此出发,深入分析带压堵漏技术在非金属管线上的应用以及发展方向。
电化学生物传感器是一种将具有特殊识别能力的生物分子构成感受器,结合可记录电信号的换能器,形成的一类分析检测敏感元件,广泛应用于医疗诊断、食品安全、环境保护、过程控制和生命科学发现研究等领域。实现靶标分子与生物探针分子的有效相互识别是成功构建电化学生物传感器的关键,因此构建具有高效识别能力的生物传感界面对于传感反应的进行及信号的获取至关重要。许多生物纳米材料及无机纳米材料因其特殊的结构和性质成为构建
体相纳米气泡通常被认为是在液体溶液中或固体中出现的几十到几百纳米直径大小的气泡。纳米气泡的存在及其稳定性尤其是体相纳米气泡的存在及稳定性问题,仍旧是一个迷,研究者们对于该问题仍旧存在争议。根据1950年Epstein-Plesset提出的预测单个气泡寿命的理论,我们将其描述为寿命与气泡半径和饱和度相关的函数。对于直径约为1000纳米的气泡,其内部压力在25摄氏度时约为3.9bar,且该压力随着气泡