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1、清華大學(xué)吸氫及輻照對(duì)鋯及鋁鉻合金鈍化膜性質(zhì)的影響研究(申請(qǐng)清華大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位：材料學(xué)院學(xué)科：材料科學(xué)與工程研究生：辛智淵指導(dǎo)教師：凌云漢副研究員二○一七年五月ResearchontheEffectofHydrogenUptakeandIrradiationonthePassiveFilmofZircaloyandAluminum-ChromiumAlloyThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirem
2、entforthedegreeofMasterofScienceinMaterialsScienceandEngineeringbyXinZhiyuanThesisSupervisor:ProfessorLingYunhanMay,2017摘要摘要傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭以及環(huán)境污染的愈發(fā)嚴(yán)重，迫切要求我們發(fā)展新型能源。核能由于具有清潔、高效和能量密度大的特點(diǎn)在新能源發(fā)展中占有重要地位。目前核能的利用形式主要包括核裂變和核聚變。氫及其同位素氘和氚對(duì)核能的應(yīng)用有重要影響。在裂變堆中，伽馬輻照和中子輻照作用下鋯
3、合金包殼及結(jié)構(gòu)材料的吸氫行為會(huì)嚴(yán)重影響材料的耐蝕性能；在聚變堆運(yùn)行中，氫及其同位素的滲透會(huì)導(dǎo)致不銹鋼第一壁材料發(fā)生氫脆，甚至引發(fā)核燃料的泄漏。因此，本文研究了吸氫和輻照作用對(duì)鋯合金腐蝕性能的影響，制備了Cr2O3/Al2O3雙極阻氫涂層并對(duì)其氫滲透性能進(jìn)行了分析。（1）伽馬輻照下吸氫N18的腐蝕行為研究采用陰極滲氫方法制備了不同滲氫量的N18鋯合金，然后在原位伽馬輻照的條件下進(jìn)行水熱氧化，分別對(duì)比了滲氫和伽馬輻照前后N18的性能變化，對(duì)伽馬輻照和吸氫耦合作用的機(jī)理進(jìn)行了探討。發(fā)現(xiàn)滲氫會(huì)促進(jìn)鋯合金的腐蝕進(jìn)程
4、，同時(shí)伽馬輻照在此基礎(chǔ)上會(huì)進(jìn)一步提高整體的腐蝕速率。推測(cè)是由于氫的還原作用產(chǎn)生的氧空位與羥基結(jié)合加速了氫的滲透，而伽馬輻照的電離作用不但產(chǎn)生大量的羥基，還顯著提高了溶液的電導(dǎo)率，導(dǎo)致氫的擴(kuò)散和氧化進(jìn)程的加速。（2）氫化鋯形成和重離子輻照對(duì)N18性能的影響制備了含大量氫化+鋯的N18鋯合金，表征了氫化鋯的相分布和性能。然后利用Kr對(duì)鋯合金進(jìn)輻照，對(duì)比分析了氫化鋯形成和重離子輻照前后氧化膜的性能。結(jié)果表明氫化鋯水熱時(shí)會(huì)增加氧化膜中的缺陷；重離子輻照的離位原子效應(yīng)會(huì)在氫化鋯基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低生成的氧化膜完整度。（
5、3）Cr2O3/Al2O3雙極膜阻氫性能研究利用氧氣等離子氧化技術(shù)制備了Cr2O3/Al2O3雙極膜。物相分析結(jié)果表明Cr元素的誘導(dǎo)作用促進(jìn)了雙極膜中α-Al2O3相的形成，并且氫等離子體滲透后的表面形貌和電化學(xué)性能等的分析結(jié)果表明，與對(duì)應(yīng)的單層氧化鉻和氧化鋁膜相比，Cr2O3/Al2O3雙極膜具有更好的熱穩(wěn)定性和耐氫滲透的能力。同時(shí)，基于p-n結(jié)的理論提出了雙極膜阻氫作用機(jī)理，猜想是由p型半導(dǎo)體Cr2O3阻擋了負(fù)氫離子的滲入，n型半導(dǎo)體Al2O3防止了正氫離子的滲透，因而從本質(zhì)上提高了雙極膜的阻氫性能。
6、關(guān)鍵詞：吸氫；伽馬輻照；重離子輻照；氫化鋯；雙極膜IAbstractAbstractWiththegradualdepletionoftraditionalfossilenergyandincreasinglyseriousenvironmentalpollution,itisurgentforustodevelopnewenergy.Nuclearenergyplaysanimportantroleinthenewenergyforitscleanliness,highefficiencyandhigh
7、energydensity.Atpresent,themajorutilizationformsofnuclearenergyincludenuclearfissionandnuclearfusion.Hydrogenanditsisotopesdeuteriumandtritiumhaveanimportantinfluenceontheapplicationofnuclearenergy.Infissionreactor,thehydrogenabsorptionbehaviorofzircaloyc
8、laddingandstructuralmaterialsundergammaandneutronirradiationwillseriouslyaffectitscorrosionresistance;duringthefusionreactoroperation,thepermeationofhydrogenanditsisotopescanleadtothehydrogenembrittlementoffirstwall
