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熔盐堆是六种第四代核反应堆之一,具有固有安全性、核燃料可持续利用、核废料少、热转化效率高等众多优点,钍增值燃料的熔盐堆技术是解决未来核能燃料短缺的重要途径之一。Hastelloy N合金作为熔盐堆的结构材料,与液态氟盐燃料直接接触。燃料盐中的裂变产物碲(Te)导致Hastelloy N合金晶间脆化,严重影响合金的使用寿命。本论文利用在纯镍及镍铬合金表面电镀Te的方法,结合金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM),电子探针(EPMA)同步辐射X射线微区元素荧光分析(μ-XRF)、X射线衍射(XRD)等分析方法,系统研究了Te在镍及镍铬合金体系中的微观组织演化规律、镍碲反应产物种类及稳定性、拉伸性能的变化及Te的扩散行为和沿晶扩散深度,并对Te在镍及镍铬合金中的扩散和脆化机制进行了较深入的讨论。这一研究对于改善和提高Hastelloy N的抗晶间脆化性能具有重要的理论和工程意义。不同的扩散条件(温度、时间、Te浓度)会影响镍碲界面产物的类型和稳定性。Te浓度为0.5mg/cm2时,随扩散温度的升高(<900℃),镍碲扩散系统的界面反应产物未发生明显变化,为NiTe0.67或NiTe0.7,而且该产物有良好的热稳定性;当温度升到1000℃时,没有界面反应产物出现。Te浓度为10mg/cm2时,样品表面出现脱层现象,有多种镍碲化合物出现,如NiTe2、NiTe、NiTe0.77、NiTe0.67等。随着温度的升高,六方结构(NiTe2、NiTe)和正交结构(NiTe0.77)的镍碲化合物不稳定,慢慢转变为稳定的单斜结构的镍碲化合物(NiTe0.67)。扩散条件不同时Te对纯镍微观组织影响不同。界面反应层为片层状碲化镍。当温度低于900℃时,Te主要对纯镍晶界产生影响,近表层的晶界比中心的晶界耐蚀性差,并且随扩散温度升高,纯镍近表层晶界受侵蚀现象越来越严重。当温度升到1000℃及以上时,Te的扩散致使纯镍近表面的整体区域(包括晶界和晶内)耐蚀性变差。随着扩散时间的延长,纯镍近表层晶界受侵蚀现象也越来越严重。而随表面Te浓度增加,纯镍近表层晶界耐蚀性变化不明显。Te在纯镍中的扩散会影响纯镍的拉伸性能。与无Te样品相比,镀Te纯镍样品室温拉伸性能随着扩散温度升高下降更明显。扩散温度在500℃-1000℃之间,镀Te的纯镍样品极限抗拉强度由380MPa急剧下降到200MPa,延伸率由0.52下降到0.27。扩散时间在24h-1000h之间,镀Te的纯镍样品极限抗拉强度由340MPa下降到285MPa,延伸率在0.45左右基本不变。镀Te样品室温下的拉伸断口为混合型断口,靠近表层附近为沿晶脆性断裂,靠近中心区域为穿晶断裂;并且随扩散温度升高或扩散时间的延长,沿晶脆性断裂倾向加剧。Te在纯镍中主要以空位扩散机制为主。Te在纯镍中的扩散深度随扩散温度的升高而增加,随扩散时间的延长而增加。扩散温度小于900℃时,Te主要沿晶界快速通道扩散,沿体内晶格扩散较弱;当温度升高到1000℃及以上时,原子振动加剧,晶格扩散占主导地位,晶界扩散强度相对变弱,Te在纯镍中发生均匀扩散。通过测量Te扩散后纯镍的沿晶脆断深度,再根据扩散公式拟合(/)与1/的线性关系式得出Te在纯镍中沿晶界的扩散激活能Q=153.5kJ/mol,在中低温时Te在纯镍中沿晶界扩散系数随温度变化的表达式为=0.×10xp (10/) cm2/s。对于镍铬二元合金,Cr元素的引入使合金发生晶格畸变。Te与镍铬合金的界面反应产物主要为NiTe0.67,没有发现铬碲化合物出现。合金近表层有贫Cr现象出现。随Cr含量的升高,合金晶粒逐渐减小,晶界贫Cr现象越来越明显,Te在镍铬合金中的扩散深度也逐渐降低。当合金中Cr含量高于15%时,合金中基本无Te扩散现象出现。