Структура и разрушение оксидных пленок циркониевых сплавов

• Автор: Котенева, Мария Владимировна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Введение

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Российские циркониевые сплавы для атомных реакторов

1.2 Равномерная коррозия циркониевых сплавов

1.2.1 Влияние различных факторов на коррозию в воде

1.2.1.1 Влияние легирующих элементов и примесей

1.2.1.2 Влияние температуры

1.2.1.3 Влияние состояния поверхности металла

1.2.1.4 Влияние термической обработки

1.2.1.5 Влияние состава воды

1.2.1.6 Роль водорода при коррозии циркониевых 28 сплавов

1.2.2 Коррозия в водяном паре
1.2.3 Механизм коррозии и структура оксидных пленок
1.2.3.1 Кристаллическая структура модификаций

1.2.3.2 Структура оксидных пленок
1.2.3.3 Механизм коррозии циркония
1.2.3.4 Влияние лития на механизм коррозии
1.3 Высокотемпературное окисление циркониевых сплавов
1.3.1 Охрупчивание циркониевых оболочек ТВЭЛов в
условиях аварий с потерей теплоносителя (аварии типа ЬОСА)
1.3.2 Кинетика окисления и структура оксидных пленок
1.4 Выводы по литературному обзору и постановка задач
исследования
2. Материал и методики исследования на 2г-сплавах
2.1 Материалы
2.2 Методика исследования оксидных пленок, образованных на
циркониевых сплавах

2.2.1 Пробоподготовка
2.2.2 Исследование структуры методами просвечивающей 58 (ПЭМ) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ)
2.2.3 Количественный анализ структуры оксидных пленок
2.2.4 Изучение фазового состава методом рентгеновской 62 дифрактометрии
2.2.5 Механические испытания
2.2.5.1 Измерение микротвердости
2.2.5.2 Измерение адгезионной/когезионной 66 прочности
2.2.5.3 Механические испытания с регистрацией 67 акустической эмиссии
3. Структура, механические свойства и разрушение оксидных пленок 72 циркониевых сплавов
3.1 Кинетика окисления циркониевых сплавов
3.2 Структура оксидных пленок
3.3 Механические свойства оксидных пленок
3.3.1 Микротвердость и адгезионная/когезионная прочность
3.3.2 Разрушение оксидных пленок
3.4 Влияние структуры на разрушение оксидных пленок циркониевых 90 сплавов
4. Влияние различных факторов на структуру и разрушение оксидных 96 пленок
4.1 Структура и разрушение оксидных пленок в сплавах Э110 и Э635
4.2 Влияние шихтовой основы сплавов
4.3 Влияние состояния поверхности
4.4 Влияние условий окисления
4.5 Структура и свойства оксидных пленок сплава Э125 с 111 ультрамелкозернистой структурой
4.6 Структура и свойства оксидных пленок сплава Э110 после

высокотемпературного окисления в паре Выводы
Список использованных источников
коррозионностойком цирконии рост оксида моноклинной структуры происходит на включениях в основном металле и вокруг них, а металл между включениями практически остается без изменения. В цирконии, имеющем плохую стойкость против коррозии, рост моноклинного оксида происходит также на включениях, но этот рост происходит быстрее в пространстве между ними.
Таким образом, можно сделать вывод, что защитное действие оксидной пленки обусловлено наличием слоя диоксида тетрагональной структуры, причем скорость коррозии определяется скоростью превращения метастабильной тетрагональной формы диоксида в стабильную моноклинную форму. Описываемый механизм предполагает, что гидридные включения играют роль защиты в пределах ограниченной области.
Механизм диффузии, основанный на сходстве окисления циркония в кислороде и воде, не учитывает роли фаз, выделившихся на поверхности металла, тогда как второй механизм учитывает явления, происходящие на поверхности металла, и не рассматривает диффузионную сторону процесса. При объяснении механизма коррозии, конечно, необходимо иметь в виду обе точки зрения. Основным различием между ними является вопрос о существовании тетрагональной формы двуокиси циркония, как продукта коррозии на поверхности металла [18].
Ряд современных работ посвящен изучению зеренной структуры оксидных пленок и существованию наряду с тетрагональным и моноклинным диоксидом циркония субстехиометрического слоя [16, 72].
При исследовании структуры оксидных пленок образцов сплава Циркалой-4 в допереломный период, окисленных в паре при температуре 400 °С, давлении 10,3 МПа в течение 72 часов [72] показано, что сначала происходит образование равноосных зерен моноклинной и небольшого количества зерен тетрагональной модификации диоксида циркония, после чего происходит рост вытянутых зерен моноклинной модификации диоксида циркония, при этом равноосные зерна тетрагональной модификации