Zr基非晶复合核材料的结构、力学性能以及耐腐蚀性能的研究

摘要

非晶态合金原子的排列方式与无机玻璃相似，具有短程有序而长程无序的特点，没有晶胞和晶粒等晶体学概念。该类材料具有一系列独特的物理、化学性质，特别是良好的力学性能，例如非晶合金的拉伸强度、硬度以及耐磨性能都明显优于相同成分的晶体合金。此外，与晶体合金相比，非晶合金还具有优异的耐腐蚀性能以及较强的耐中子辐射性能。
　　应用双靶磁控溅射技术制备Zr-Cu-Nb三元非晶合金，并研究其微观结构。以Zr65Cu35靶和Nb靶作为溅射靶材，保持Zr65Cu35合金靶的溅射功率为80 W不变，通过调节Nb靶的溅射功率，制备了不同成分的Zr-Cu-Nb非晶薄膜。分别使用能谱仪(EDS). X射线衍射仪（XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对Zr-Cu-Nb非晶薄膜的成分与结构进行研究。结果表明：元素组成为Zr56Cu39Nb5、Zr54Cu39Nb7和Zr51Cu38Nbn的非晶薄膜内部含有部分原子规则排列的纳米晶颗粒，其直径为小于8 n m;而Zr53Cu38Nb9非晶薄膜具有完全无序状的非晶结构，其内部不存在纳米晶。选取不含有纳米晶的Zr53Cu38Nb9成分制作Zr-Cu-Nb合金溅射靶。
　　采用Zr53CU38Nb9合金靶溅射沉积制备锆基非晶复合核材料，基体为纯锆基片。通过拉伸试验和电化学方法对Zr53CU38Nb9非晶复合材料的力学性能与耐腐蚀性能进行研究，结果表明：与纯Zr基片相比，在弹性拉伸阶段，非晶复合材料的力学性能无明显改变；而在塑性变形阶段，由于非晶薄膜与晶态基片的变形与断裂机制不同，复合材料具有更好的拉伸塑性，其表现为非晶膜厚度为280 rnn、640 n m和960 n m的非晶复合材料的最大拉伸塑性形变较纯Z r基片分另lj提高了2.72％、5.22%、4.27%；在耐腐蚀性能方面，非晶膜厚度为640 n m的&53&138灿9非晶复合材料具有较小的自腐蚀电流密度C、较正的腐蚀电位Erorr以及较大的容抗弧半径，即Zr53Cu38Nb9非晶复合材料具有较强的耐腐蚀性能。该新型Z r基非晶复合材料可能符合核工业发展的需要，在核材料领域具有潜在的应用前景。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章绪论

1 .1非晶合金

1.2核材料

1 .3包壳材料的选择

1 .4本文研究的选题意义及内容

第二章实验方法及原理

2 .1实验材料

2.2实验设备

2.3磁控溅射技术

2 .4实验方法

2 .5样品分析技术

2 .6实验万案与技术路线

第三章磁控派射Zr-Cu-Nb非晶合金微观结构的研究

3 .1引言

3 .2样品的制备

3.3 Zr-Cu-Nb非晶合金的成分

3.3 Zr-Cu-Nb合金的微观结构

3 .4本章小结

第四章Zr53CU38M)9非晶复合材料的机械性能研究

4 .1引言

4 .2实验方法

4 .3非晶薄膜的厚度

4.4 Zr53Cu38Nb9复合材料的机械性能

4 .5分析与讨论

4 .6本章小结

第五章Zr53Cu38Nb9非晶复合材料的耐腐蚀性能研究

5 .1引言

5.2 LiOH溶液中的腐蚀性能

5.3 H3B03溶液中的腐蚀性能

5 .4分析与讨论

5 .5本章小结

第六章总结与展望

6 .1总结

6 .2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文