铀表面脉冲激光N、C掺杂及抗腐蚀性能研究

发布时间：2024-02-25 20:54

　　金属U具有特殊的核性能,在国防、核能领域有着广泛而重要的应用。然而U的化学性质十分活泼,在自然环境中极易腐蚀且腐蚀速度很快。铀的腐蚀一般都是从表面开始的,因此利用表面处理技术延缓甚至克服铀的腐蚀一直受到广泛关注。铀的腐蚀会影响铀部件的使役性能,因此对铀表面进行掺杂处理使其具备优异的耐腐蚀性能及获得耐腐蚀机理的认识成为了本文的核心关切。铀表面脉冲激光掺杂具有掺杂元素分布均匀,渗入深度可控;掺杂改性层与基底之间属于冶金结合,不存在脱落风险;工件整体温升小,对基体几乎无影响等优点。本文选用脉冲激光掺杂技术作为铀表面N、C掺杂改性的方法,对N、C掺杂改性层的微观结构及氧化行为进行了研究,并发现:U表面N、C单一掺杂改性层主要成分为UN和UC,掺杂改性后样品表面主要分布UO2,浅表层各自分布有一定数量的UNxOy、UCxOy,暴露O2条件下的初始氧化行为研究表明UNxOy、UCxOy的耐氧化性能显著强于UN、UC,而UN、UC的耐氧化性能又强于金属U。UN和UC氧化后的产物分布表明O浓度对氧化腐蚀反应有重要影响,UN、UC与O反应生成含O氮、碳化物,当O的浓度处于低水平时,氧化产物为UNxOy、...

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ｕ原子核链式核反应示意图ｍ??通过对ｕ的性质进行分析，发现其具有高密度、高化学活性、天然放射性、??可在中子诱发下发生核裂变反应等特性

面脉冲激光Ｎ、Ｃ掺杂及抗腐蚀性能研究???子具有很高的引起２３５Ｕ裂变的截面。１９４２年，在Ｃｏｌｕｍｂｉａ大学和Ｃｈｉｃａｇｏ大学，??实现了天然Ｕ的裂变链式反应。２３５Ｕ俘获中子并在中子诱发下发生核裂变反应，??同时释放出２？３个中子（该中子称为瞬发中子，核裂变产物释放的中子....

图１．２金属Ｕ在Ｈ２０、空气、Ｃ０２、ＣＯ中氧化速率关于温度的变化［１６１??３??

?铀表面脉冲激光Ｎ、Ｃ掺杂及抗腐蚀性能研究???提供了世界总发电量的１０％左右［１５］。??然而，Ｕ具有很高的化学活性，容易与其他介质发生反应而引起一系列的变??化，进而导致Ｕ材料出现腐蚀问题，接下来将针对Ｕ的腐蚀问题进行专门讨论。??１．１．２?铀的腐蚀??Ｕ作为轻锕系金属，外....

图１．３铀的氧化物表面存在超化学计量比的Ｕ０２＋ｘ分布？??图１．３显示Ｈｅｍｉｎｇ?Ｈｅ等人观察到了?Ｕ在氧化后的表面存在超化学计量比??

颜色逐渐变为黑褐??色（Ｕ３〇７／Ｕ４〇９），此时的氧化物不在具有保护性。温度升高到一定值时（大于??２７５°Ｃ），该氧化物会进一步氧化成Ｕ３〇８?［２１］。对于多数铀的氧化物，Ｏ能够相对??容易通过晶格中的空位继续向材料内部输运，使得氧化腐蚀反应会持续不断的进??行下去，说明依....

图１．４不同温度、１００％湿度条件下Ｕ的腐蚀情况ｌ２５ｌ??Ｕ－Ｈ２Ｏ反应相较于Ｕ－Ｏ２反应不仅速度快，从反应方程式（１－３）可以发现Ｕ－??Ｈ２〇反应产物通常包含一定量Ｈ２，?Ｍ．Ｍ．ＢＡＫＥ等人［２５］研究了?Ｕ＋Ｈ２０反应过??程中Ｈ２的释放情况（图１．５），Ｈ２的释放是明显存在的，结果表明Ｈ２〇引起Ｕ的??

合能力较弱，Ｈ＋重新组合生成Ｈ２，并自发逸出。吸附、??解离过程通常要持续到整个表面被氧化物层覆盖，之后Ｈ２〇的吸附机理发生改??变，在没有了表面Ｕ促进离解的作用后，Ｈ２〇或Ｈ２在氧化物的晶格中与０键??合，并形成多层吸附Ｈ２０。通过Ｈ键键合的表面Ｏｆｆ离子和通过化学吸附的表??....

本文编号：3910841