【正文】 .................................................................... 11 試驗(yàn)設(shè)備 ......................................................................................................... 11 試 驗(yàn)過程 ......................................................................................................... 14 粉坯、燒結(jié)坯和冷鍛坯的制備 .......................................................... 14 試樣物理性能和顯微結(jié)構(gòu)的測定 ................................................................. 15 試樣相 對密度的測定 .......................................................................... 15 試樣抗壓強(qiáng)度的測定 .......................................................................... 15 試樣的微觀分析 .................................................................................. 15 試樣的腐蝕和耐蝕性的測 定 ......................................................................... 16 不同環(huán)境下的腐蝕試驗(yàn) ...................................................................... 16 腐蝕增重失重數(shù)據(jù)收集 ...................................................................... 16 AlSi共晶合金 B4C 中子吸收材料制備與耐蝕性的研究 IV 腐蝕試樣的微觀結(jié)構(gòu)檢 測 .................................................................. 16 3 粉末鍛造對彌散體物理性能微觀結(jié)構(gòu)的影響研究 ................................................ 17 粉末鍛造加工原理 ......................................................................................... 17 粉末鍛造工藝過程對 彌散體物理性能的影響 ............................................. 20 粉末鍛造加工過程對彌散體微觀結(jié)構(gòu)的影響 ............................................. 21 本章小結(jié) ......................................................................................................... 24 4 不同腐蝕條件 下 B4CAlSi 共晶合金彌散體耐蝕性研究 .................................... 25 彌散體的宏觀腐蝕行為與耐蝕性研究方法 ................................................. 25 25℃下被腐蝕試樣的宏觀形貌變化 .................................................. 25 25℃下被腐蝕試樣的增重失重分析 .................................................. 25 80℃下被腐蝕試樣的宏觀形貌變化 .................................................. 27 80℃下被腐蝕試樣的增重失重分析 .................................................. 27 腐蝕溫度對彌散體耐蝕性的影響 ................................................................. 29 不同溫度條件下彌散體的腐蝕失重規(guī)律 .......................................... 29 不同溫度條件下彌散體的腐蝕機(jī)理 .................................................. 30 pH 值對彌散體耐蝕性的影響 ....................................................................... 31 不同 pH 值下彌散體的腐蝕增重失重規(guī)律 ....................................... 31 不同 pH 值下彌散體的腐蝕機(jī)理 ....................................................... 32 腐蝕時間對彌散體耐蝕性的影響 ................................................................. 30 不同腐蝕時間下彌散體的腐蝕增重失重規(guī)律 .................................. 30 不同腐蝕溫度下彌散 體的腐蝕機(jī)理 .................................................. 31 彌散體的微觀腐蝕行為與耐蝕性研究 ........................... 錯誤 !未定義書簽。為此，有意在反應(yīng)堆活性區(qū)中加入少量的、添加質(zhì)量精確控制的、有很大中子俘獲截面的材料，這一材料稱為中子吸收材料。 本論文采用粉末鍛造方法，以 AlSi 共晶合金為基體材料， 將 B4C 粉末顆粒均勻、彌散地分布于基體材料中，制備出 B4CAlSi 共晶合金的彌散體中子吸收材料。用這種方法獲得的 B4C 顆粒粒度很細(xì)，一般為 ～ 5μ m，但反應(yīng)物中有 Mg 及 MgO 殘余物。 本 試驗(yàn) 應(yīng)用的 B4C 粉末是用電弧爐碳熱還原法制備的，粉末顆粒的平均粒徑是 μ m。 碳化硼中子吸收材料在核反應(yīng)堆中的應(yīng)用，呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢。安全、有效地處理和處置乏燃料和核廢物對核電的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，放射性材料逐漸積累，這些材料沒有繼續(xù)使用或回收的價值，被稱為放射性廢物。純鋁經(jīng)過合金化和適當(dāng)?shù)臒崽幚砗笃淞W(xué)性能、鑄造性能、物理性能及化學(xué)性能都能得到顯著改善 [11,12]。共晶溫度為850K，成分在 %Si 到 %Si 之間，最可取的值是 %。當(dāng)合金中的硅晶體為細(xì)小的針狀時，有很高的強(qiáng)度，但塑性、沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度則大大下降[11,13]。在固體霧化裝置中進(jìn)行霧化，霧化條件為氣體壓力 ，氣體流量 ，固體介質(zhì)流量 。 （ 4）噴射沉積法：將配制好的 AlSi 合金在感應(yīng)爐中加熱熔化、精煉和脫氣，金屬液流經(jīng)漏嘴進(jìn)入噴霧裝置中，被高壓氣體破碎后的金屬液滴直接噴入距離噴嘴約 200mm的高壓水流中，經(jīng)冷卻后， AlSi 粉末漿料流經(jīng)篩網(wǎng)，過濾掉粗大的金屬及雜質(zhì)，流入高速旋轉(zhuǎn)的甩干機(jī)中進(jìn)行脫水處理，經(jīng)烘干、過篩制得各種所需粉末 [29]。鋁硅基體的燃料的導(dǎo)熱性能隨溫度發(fā)生改變，導(dǎo)熱系數(shù)值都大于 ，是鋯基燃料的導(dǎo)熱性能的 3 倍多，因此鋁硅基體燃料的熱導(dǎo)比鋯基燃料更加良好。 （ 1）粉末混合物區(qū)域熔化 UO2粉末與 AlSi 合金粉末混合，并填充在包殼管中，振實(shí)、除氣，在振動的條件下由下而上區(qū)域熔化。 鋁硅合金表面有致密的 Al2O3和 SiO2保護(hù)膜，組織中α相基體和 硅相的電位差不大，合金 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 且具有良好的耐蝕性能，甚至在海水中經(jīng)相當(dāng)時間的侵蝕后，仍保持原來的力學(xué)性能，應(yīng)力腐蝕的傾向很小[21~23]， 對 AlSi 共晶合金的耐蝕性和相容性的研究國內(nèi)外已有少量報道。 西 華大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 （ 3） 為了測定 AlSi 共晶合金基體與 B4C、 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼和鋯合金之間的相容性 ，蘭軍 [45]等 采用粉末冶金法制備了 AlSi/1Cr18Ni9Ti、 AlSi/Zr 及 AlSi/B4C 擴(kuò)散偶，并 在 350℃對 擴(kuò)散偶進(jìn)行了 240h 的等溫處理 ， 使用 SEM 未觀測到擴(kuò)散層 ， 研究結(jié)果表明 ： 在正常的使用溫度 300℃以下， AlSi/1Cr18Ni9Ti、 AlSi/Zr 及 AlSi/B4C 擴(kuò)散偶之間具有良好的相容性。利用鋁硅合金導(dǎo)熱系數(shù)高的特點(diǎn)，將堆內(nèi)的熱量傳出來，達(dá)到冷堆目的，提高了反應(yīng)堆壽命和安全性。用激光粒度分析儀對 AlSi 共晶合金粉末進(jìn)行粒度測定，分析結(jié)果如圖 ， AlSi 共晶合金粉末顆粒的平均粒度約是 m。 粉坯、燒結(jié)坯和冷鍛坯的制備 B4CAlSi 共晶合金彌散體的粉坯、燒結(jié)坯和冷鍛坯的工藝流程如圖所示： 圖 試樣制備工藝流程 Fig. The technical flow of sample preparation （ 1） 粉坯原材料的準(zhǔn)備： B4CAlSi 共晶合金彌散體含 %的 AlSi 共晶合金和 %的 B4C，通過計算，其理論密度為 。把稱量好的合金粉末倒入模具，進(jìn)行壓制，壓制 力 約為 30kN。 試樣 物理性能和顯微結(jié)構(gòu)的測定 試樣相對密度的測定 用螺旋測微儀分別測量粉坯、燒結(jié)坯和冷鍛坯的直徑和高度等尺寸，再根據(jù)它們的質(zhì)量和體積計算相對密度。使用線掃描測定沿縱截面厚度方向的各相關(guān)元素（ Al、 Si、 S、 O 等）含量的變化趨勢，并對上表面點(diǎn)蝕處的微區(qū)成分進(jìn)行能譜分析。由圖可知，壓力增大時，顆粒發(fā)生變形，由最初的點(diǎn)接觸逐漸變成面接觸；接觸面積隨之增大，粉末顆粒由球形變AlSi共晶合金 B4C 中子吸收材料制備與耐蝕性的研究 18 成偏平狀，當(dāng)壓力繼續(xù) 增大時，粉末就可能碎裂。如圖 [30]所示，用球形顆粒模型，表示孔隙形狀的變化。用排水法測量密度，用 SGY50 型陶瓷強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)測試粉坯、燒結(jié)坯和冷鍛坯的抗壓強(qiáng)度，用 EMAX S3400N 掃描電子顯微鏡 (SEM)觀察微觀結(jié)構(gòu)。由圖 (a)和圖 (b)可見，粉坯中的 AlSi 共晶合金顆粒相互獨(dú)立，沒有形成粘結(jié)，顆粒間存在較大的未閉合孔隙，原本近似球形的合金顆粒在壓制力作用下發(fā)生塑性變形，成為扁長狀，部分顆粒甚至出現(xiàn)了破裂。燒結(jié)體收縮、密度和強(qiáng)度增加是這個階段的主要特征。由于燒結(jié)過程中相鄰的 AlSi 共晶合金粉末顆粒彼此粘結(jié)，成為較為致密的連續(xù)體，使基體保持了較好的連續(xù)性，同時，燒結(jié)坯孔隙體積和孔 隙總數(shù)減少，相互連通的孔隙逐漸收縮成閉孔，且呈近似圓形。 同時，顆粒之間的間距減小、焊合，顆粒之 間的孔隙大部分消失，空洞減小，致密度提高，相對密度高達(dá) 97%。 西 華大學(xué)碩士學(xué)位論文 25 4 不同 腐蝕 條件下 B4CAlSi 共晶合金彌散體耐蝕性研究 分別使用蒸餾水、濃硫酸和氫氧化鈉配合 PHSCAN30 型 pH計配置 pH= 9 的弱酸、弱堿和中性溶液溶液共五組，再使用不同型號的砂紙將 B4CAlSi 共晶合金彌散體試樣上底面打磨到 800，高速拋光后使用精度為 的電子天平分別進(jìn)行稱重 ，將處理后的試樣平放在盛有弱酸弱堿溶液和蒸餾水的平底燒瓶中，分別置于 25℃和80℃環(huán)境中腐蝕 14 天。 因此可以定性判斷該彌散體在弱酸、水和空氣下的表面腐蝕產(chǎn)物近似，應(yīng)為 Al2O3薄膜 。 將金屬失重腐蝕速度換算為 年 腐蝕深度的公式為： v 深 = 失 /ρ （ ） 其中 v 深 為以 年 腐蝕深度表示的腐蝕速度 (mm/a)， ρ 為金屬密度 (g/cm3)， 為單位換算系數(shù) [46]。稱重 時， 除 去了可以輕易清除的腐蝕產(chǎn)物 ，但無法輕易 除去的腐蝕產(chǎn)物沒有 清除。 通過增重和失重數(shù)據(jù)，可以等效換算出腐蝕 速度 ： tS mmv ??? 10失 （ ） 其中 v 失為腐蝕 速度 (g/m2 試樣最終取出后發(fā)現(xiàn)其上下表面依然平整，但表面色澤卻隨著 pH 值的變化有所不同 ， 以 pH= 7 三種溶液腐蝕的試樣表面整體泛灰色， pH= 9 兩種溶液腐蝕的試樣表面整體泛黃色 。燒結(jié)坯的抗壓強(qiáng)度達(dá)到了 292MPa；冷鍛坯的顆粒結(jié)合更加緊密，塑性更好，抗壓強(qiáng)度達(dá)到了 356MPa。說明在 鍛造過程中，由于外壓力作用，粉末顆粒重新排列，小顆粒填充到大顆粒的間隙中。在照片中可以清楚