核级Zr-4合金微量水蒸气短期氧化行为研究

摘要

针对核级Zr-4合金材料的服役环境,建立了Zr-4合金微量水汽配置及氧化动力学特性研究联合实验装置,开展了Zr-4合金材料在微量水汽含量为8～795ppm、温度350～450℃范围内短期(24h)氧化动力学实验.结果表明,Zr-4合金在350℃,400℃和450℃氧化时,其氧化动力学分别符合立方及平方抛物线生长规律,其氧化速率常数分别为2.17×lO-8g2·cm4·S-l,2.91×10-7g2·cm4·s-l,1.59×10-6g2.cm4·S-l;随着温度升高,Zr-4合金氧化速率常数随之增加,在400℃时发生由立方曲线向平方抛物线氧化生长规律的转变;Zr-4合金在较低水汽含量(8-101ppm)条件下氧化,初期生成含t-ZrO2与m-2r02的致密氧化膜;而在较高水汽含量(735～795ppm)条件下氧化易快速形成疏松的m-ZrO2相,无法形成有效的保护性氧化膜来防止后续的氧化.