二氧化锆钝化膜与氢作用的合金元素效应研究

摘要

锆合金由于其具有较小的热中子吸收截面、较好的力学性能和加工性能、以及良好的在高温高压水和蒸汽环境中的抗腐蚀性能,已被普遍用作核动力水冷反应堆的燃料包壳管以及结构材料.锆合金的抗腐蚀性能源于钝化膜的容易形成及其稳定的结构特性,但其与氢的作用行为,特别是气相氢的渗透性质尚不清晰,这是了解其能否延伸在真空和高压临氢环境下使用的重要基础.本文考察不同牌号锆合金(Zr-4/M5/N18和纯锆)在水热条件下形成纳米尺度的单斜相钝化膜,利用表面分析和电化学阻抗谱手段研究和比较了其在真空环境下的氢渗透特性和氧化膜的结构特征.结果表明:合金的元素行为影响氢的渗透,含Nb的N18和M5合金的钝化膜优于含锡的Zr-4和纯锆合金,钝化层的结构稳定性取决于氢与氧空位的相互作用.