金属铀表面高温注入铌离子的改性层研究

摘要

本文采用高温离子注入技术研究了铀表面高温注入铌离子改性层，用AES、XRD等手段分析了改性层元素的分布、结构组织，用电化学极化法测试了改性层抗腐蚀性能，并对其改性层的抗腐蚀性能与铀表面离子束辅助沉积铌改性层、铀铌合金进行了比较研究。 实验结果表明，与常规离子注入相比，金属铀表面高温注入铌离子改性层厚度增加；注入离子保持剂量提高；随着剖析改性层深度增加，铌含量降低缓慢。同时，随着温度升高，铀表面注入铌离子改性层组织结构产生如下变化：有非平衡相和非晶相形成，一些区域还形成更细的微晶组织；高温改性层有NbO和NbO2生成。 金属铀表面高温注入铌离子比常规离子注入改性层抗腐蚀性能增强。温度升高铀表面注入铌离子改性层自腐蚀电位依次提高，耐蚀性增强。铀表面不同温度注入铌离子试样的电极化曲线变化趋势相同，均处于活化体系。 与高温注入铌离子相比，铀表面离子束辅助沉积铌改性层明显增厚，且变得更致密，界面结合好。两种改性层电极化曲线变化趋势相同，但铀表面离子束辅助沉积铌改性层抗氧化腐蚀时间长。铀铌合金与铀表面高温注铌改性层比较，自腐蚀电位高，电极化曲线变化趋势不同，合金有钝化阶段，比高温注铌耐长久腐蚀性强。 由于实验中金属铀表面注入铌离子的高温还不是很高，只有300℃左右，制备的改性层仍然太薄，耐长期腐蚀能力差。改进离子注入工艺和条件，增加改性层厚度，离子注入将是比较理想的防腐蚀表面改性技术。

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第一章金属铀的环境腐蚀与表面改性研究(概述)

1.1概述

1.2金属铀的环境腐蚀

1.2.1金属铀在O2中的氧化反应

1.2.2金属铀在HO2(V)中的氧化反应

1.2.3金属铀在O2+HO2(V)中的氧化反应

1.2.4铀合金的氧化腐蚀

1.3金属铀的表面改性研究

1.3.1金属铀的离子注入表面改性

1.3.2高温离子注入研究简介

1.3.3离子束辅助沉积技术在腐蚀科学领域的应用简介

1.4小结

第二章实验部分

2.1试样与试剂

2.1.1试样

2.1.2试剂

2.2实验装置

2.2.1实验装置

2.2.2实验的工艺参数

2.3试样表面分析

2.4表面改性层的耐腐蚀性能测试

2.5实验部分

2.5.1试样的制备

2.5.2金属铀表面注入铌离子

2.5.3离子注入的温升和测量

第三章金属铀表面高温注入铌离子改性层研究

3.1离子注入射程及损伤的计算

3.2金属铀表面高温注入铌离子实验结果分析

3.2.1氧化腐蚀实验

3.2.2俄歇能谱分析

3.2.3组织结构分析

3.3小结

第四章金属铀表面高温注入铌离子与离子辅助沉积铌改性层抗腐蚀性能比较

4.1离子辅助沉积技术

4.2实验

4.3实验结果

4.3.1宏观形貌分析

4.3.2电化学极化

4.3.3俄歇能谱分析(AES)

4.3.4表面组织结构XRD分析

4.4讨论

4.5小结

第五章金属铀表面高温注入铌离子改性层与铀铌合金抗腐蚀性能比较

5.1实验

5.2实验结果

5.2.1宏观形貌分析

5.2.2电化学极化分析

5.2.3俄歇能谱分析(AES)

5.3讨论

5.4小结

第六章结论

致谢

参考文献

附录