能源已成为严重制约我国经济与社会持续发展的战略问题,而安全、高效地利用核能则是解决能源问题的重要途径。核电系统中,蒸汽发生器是关键设备之一由于蒸汽发生器一回路和二回路热传导及高温高压介质流致振动,使传热管与支撑部件之间产生微动磨损,导致传热管局部损伤甚至破裂,使用寿命降低,危及核电安全。因此,防止蒸汽发生器传热管的破损,提高核电设备安全性和使用寿命,是核电工程的重大课题。开展不同环境法向交变载荷下微动磨损的试验研究,不仅对探索特殊工况下的复杂微动损伤机理具有重要意义,而且也能为核电设备抗微动损伤设计及运行安全提供理论支持和工程实践指导。基于高精度液压式微动磨损试验机,通过附加径向电磁激振加载装置和控制系统,成功研制了高温可控气氛传热管微动磨损试验装置,实现了试验模拟高温、可控气氛及法向交变载荷下的微动磨损过程,试验数据具有良好的重现性和稳定性。本文选用两种传热管(Inconel690和Incoloy800合金),在不同环境(常温大气、高温大气、高温氮气、纯水和碱性去离子水溶液)下,系统地进行了微动磨损试验。在微动运行行为分析的基础上,结合光学显微镜(OM)、激光共焦扫描显微镜(LCSM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDX)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和原位纳米力学测试系统等微观分析手段,系统揭示了传热管切向微动磨损的运行行为和损伤机理。获得的主要结论如下：1.高温(300℃)、可控气氛及法向交变载荷下Incone1690合金的微动运行特性及损伤机理(1)针对Incone1690合金,系统研究了在不同环境法向交变载荷下微动的运行特性。结果显示,微动运行行为与径向频率密切相关,微动的Ft-D曲线呈现摩擦力周期波动的平行四边形型特征,微动运行于滑移区。(2)在不同环境条件下,摩擦力的动态变化均可以分为5个阶段,即跑合阶段、上升阶段、峰值、下降阶段和稳定阶段。环境温度和含氧量对摩擦力产生显著影响。常温大气环境下的稳态摩擦力比300℃大气环境下高,比300℃氮气环境低。(3)Incone1690合金在不同环境法向交变载荷下的微动损伤行为强烈地依赖于载荷、位移幅值、环境温度、气氛及径向频率等试验条件。从表面损伤形貌看,径向频率和气氛对磨屑的形态、化学成分及结构有重要影响；由于交变法向力和切向力的共同作用,微动产生叠加效应,使剥层现象更加突出。在常温大气环境下,Incone1690合金的磨损机制主要表现为磨粒磨损与剥层。在300℃大气环境下,Incone1690合金的磨损机制主要表现为磨粒磨损、氧化磨损与剥层。而在300℃氮气环境下,Incone1690合金的磨损机制主要是磨粒磨损与剥层。2.水及碱性去离子水中Incone1690合金的微动运行特性及损伤机理(1)在滑移区,水及碱性去离子水均具有润滑作用,降低摩擦系数。水中的摩擦系数比碱性去离子水低；摩擦系数随介质温度增加而增加。(2)Incone1690合金在碱性去离子水中,磨损程度除受到位移幅值、载荷影响以外,温度对磨损体积有显著影响。温度增加,虽然促进了联氨与溶解氧的吸收反应,起到了降低氧化腐蚀的作用,但因金属氧化物的致密性和稳定性下降,材料磨损更加严重。Incone1690合金在水中磨损机制主要表现为磨粒磨损、氧化磨损和剥层,而在碱性去离子水中磨损机制主要是磨粒磨损和剥层。3.大气环境中Incoloy800合金的微动运行特性及损伤机理(1)载荷、位移幅值、温度及材料性质等对微动的运行区域和损伤行为有重要影响,温度的变化未对微动运行区域特性产生显著影响。(2)在部分滑移区,磨痕呈现环状,接触中心黏着,微滑、轻微的磨损和微裂纹发生在接触边缘的椭圆环内;磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和微裂纹。(3)在混合区,在常温大气下,接触中心因强烈的塑性变形,产生颗粒状的磨屑；随温度升高,摩擦氧化效应增强,易聚集的氧化磨屑覆盖于接触区；温度升高到400℃,磨痕表面呈现高温氧化和塑性流变特征；磨损机制主要是磨粒磨损、氧化磨损与剥层。(4)在滑移区,在常温大气下,材料表面以剥层方式剥离,损伤较为严重；而在高温大气下磨痕表面呈现出清晰的层状结构和塑性流动特征；在此区域磨损机制主要表现为氧化磨损、磨粒磨损与剥层。