【正文】 5。沒測 量到 碳，因此可以推斷出．穩(wěn)定這個相不需要碳。 Ellis發(fā)現(xiàn)用～ 150L氧氣靠近表面的飽和狀態(tài)，在重復加熱和氧暴露 之后，生成 U02，把它加熱到 973K時在俄歇能譜中繪出 O／ U之比是 1． 0。和 o的存在。在室溫 1． 33 1釅砌氧壓下大約 40s(～ 40L(Langmuir))， 1L=1． 33x10’ 4砌 ． j)就能形成一個化學吸附的氧的分子層。 如果化學吸附繼續(xù)進行，在表面上開始形成 UO：核。其中的一些分子會粘附到表面上，在這里它 們可能保持著物理吸附，在表面遷移，或者變成化學吸附到表面上。在有氧的情況下。 20(ads)+4e 202一 (ads)202’ Oat) (12) 括號中標注 lat表示品格 (1attice)，由于正空穴的存在，對 02’產(chǎn)生引力使 02’向晶 格內移動。 1) 括號中標注 g表示氣態(tài)， ads表示吸附態(tài)，方程 (11)是可 逆的。 Haschke[?！康日J為鈾與氧 氣的反應機理主要分為三個過程：首先氧氣在氣．氧化物界面上解離吸附形成游離的吸 附氧原子。氧是以分子狀態(tài)化學吸附到清潔鈾表面上并迅速離解和表面鈾原子結合形成氧 化層。金屬鈾在與空氣 接觸的瞬間，空氣當中 的氣體即亥 0在金屬鈾表面發(fā)生吸附反應，表面就會生成一層不可 見的氧化膜。通過對純鐵的各項實驗的研究，不但能 為金屬鈾實驗的開展積累方法和經(jīng)驗還能降低實驗的成本。實驗中純鐵是作為模擬材料，純鐵作為模擬材料的原因是因為純鐵的成分較 為簡單；純鐵極容易與氧氣作用，且其氧化產(chǎn)物的結構容易分析，這些特點與會屬鈾有 相似之處。它從分予水平上檢測吸附過程，探索吸附現(xiàn)象的本質．是研究吸附最有力、 最成功的分析技術。 由于表面分析方法的發(fā)展，目前已有很多種技術能對表面反應進行詳細的研究。因此 金屬鈾氧化和腐 蝕過程的最初都必須有氣體分子在表面的吸附。如果該過程繼續(xù)下去，開始就形成一層氧化物，最后氧 化物覆蓋鈾的整個表面。離子注入法在金屬鈾抗氧化及抗腐蝕研究方面已經(jīng)得到廣泛應用 【 3～ 91。當金璃表 面暴露在腐蝕環(huán)境中時，注入元素可發(fā)揮其正常的作用。 金屬鈾具有高度的化學活性和放射性，采用一般的涂層難以解決其防護問題。要防止 或延緩鈾在大氣中的腐蝕，關鍵在于改變其表面的物理、化學性質，以更有效地阻止或 延緩腐蝕氣體與金屬鈾的直接接觸。鈾的化學性質非?；顫姡苋菀淄h(huán)境氣氛 (如 0 H C0、 C02等 )發(fā)生反應， 在鈾的表面就會發(fā)生氧化、腐蝕等物理、化學過程，導致核材料某些性能下降。 疼 學位論文作者簽名：弓始 導師簽名： f它， 嗲 簽字日期：即 5年 s月／伯 簽字同期 M年擁，善同 離子注入碳后鈾表面吸附行為研究 第一章緒論 1． 1前言 鈾是德國化學家克拉普羅特經(jīng) _(Klaporth)于 1789年在研究瀝青鈾礦時發(fā)現(xiàn)的。 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 eat benefit to oxidation reactions of oxygen on specimen’ s surface． When surface temperatures of pure ion、 uranium and C+ion． implanted samples increase， heating was observed to deplete surface oxygen by accelerating its transport into the bulk and sepamte carbon(ion implanted samples)was enriched on the surface． So there was carbide formed on the surface ofC’ ion． implanted samples． Finally,the results of electrochemical corrosion indicate that ionimplanted C+can effectively enhance anticorrosion properties ofpure iron and uranium． Key Words： Uranium， Ion— implantation， Adsorption， Oxidation， Auger Electron Spectroscopy(AES) lJ 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。 (O‘ ]in the interface region is prevented in the process of adsorption and initial oxidation reactions stage， accordineJY the oxidation resistance ofC’ ion— implanted sample to oxygen is greatly enhanced． Secondly,heated process of each sample after initial oxidation had been studied． Conclusions could be drop[39。 然后，對純鐵、離子注入碳純鐵、鈾、離子注入碳鈾樣品進行了電化學腐蝕研究， 研究結果表明：離子注入碳能有效地增強了純鐵及金屬鈾表面的抗電化學腐蝕性能。 其次，實驗分析了各樣品吸附及初始氧化后的加 熱過程，可以得到如下結論：當溫 度在室溫 (298K)至 473K之間時，隨著溫度的升高，樣品表面氧化的程度加劇。離子注入碳后樣品表面吸附及氧化的速率降低使樣品表面與氧氣 作用的幾率減小，說明離子注入碳使樣品表面的抗氧化能力增強。 中國工程物理研究院 碩士學位論文 離子注入碳后鈾表面吸附行為研究 申請學位級別：碩士 專業(yè)：核燃料循環(huán)與材料 離子注入碳后鈾表面吸附行為研究 摘要 本文利用俄歇電子能譜 (AES)研究了清潔純鐵、離子注入碳純鐵、清潔鈾以及離 子注入碳鈾表面與氧氣吸附及初始氧化的過程。 首先，實驗分析了不同氧暴露荊量對純鐵、離子注入碳純鐵、鈾、離子注入碳鈾表 面吸附及初始氧化過程的影響，研究結果表明：室溫下，純鐵表面吸附氧氣及初始氧化 的速率大于離子注入 碳純鐵表面吸附氧氣及初始氧化的速率；清潔鈾表面吸附氧氣的曲 線呈直線上升趨勢，離子注入碳鈾表面吸附氧氣的曲線存在轉折點，轉折點后樣品表面 吸附氧氣的速率減小。同時，表面分析結果 表明離子注入碳后純鐵及鈾表面有相應碳化物的生成，在離子注入碳后純鐵及鈾表面的 吸附和初始氧化過程中，碳化物的存在不利于氧在界面的擴散，從而增強了純鐵及金屬 鈾表面的抗氧化性。溫度 升高增強了純鐵、鈾及其離子注入碳樣品表面上的氧的解吸和向體內擴散，以及促使離 子注入碳樣品體內的碳向表面偏析，導致在純鐵、鈾的離子注入碳樣品表預形成了碳的 化合物。 關鍵詞：鈾，離子注入，吸附，氧化，俄歇電子能譜 離子注入碳后鈾表面 吸附行為研究 Abstract In this study， the Auger Electron Spectroscopy(AES)was used to study the adsorption process and initial stage of oxidation reactions on clean surface of pure iron． uranium and surface oftheir C+ion． implanted samples． Firstly,AES was used to study adsorption and initial oxidation of pure iron． uranium and 也 eir C’ ionimplanted samples at different exposure doses of oxygen． The experimental results show that at room temperature the velocity of adsorption and initial oxidation on the surface of pure iroll is quicker thall that of its C’ ionimplanted samples． The curve of oxygenic adsorption on uranium is beeline． For C’ ion． implanted samples of uranium， the curve of oxygenic adsorption exists switched dot,the velocity of adsorption and initial oxidation reactions on the surface of its C’ ion— implanted samples decreases alter the switched dot． The interactional odds ofoxygen and the surface ofC+ion implanted samples is reduced， so the antioxidant properties ofion implanted surface is enhanced． At the sanle time， me analysis results of surface幽 ow that corresponding carbide form on the C’ ionimplanted samples． DHe to formation of carbide， the diffaasion of 0。ed out as below： at temperatures from 298K to 473K， increasing reaction temperature was of gl。據(jù) 我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論 文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 研究成果，也不包含為獲得中國工程物理研究院或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。 學位論文作者簽名： 簽字日期：≥∞≦年 S J{／ gR 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解并接受中國工程物理研究院研究生部有關保存、使用學位論文 的規(guī)定，允許論文被查閱、借閱和送交國家有關部門或機構，同時授權中國工程物理研究院 研究生部可以將學位論文全部或部分內容 編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以影印、縮印或掃描 等復制手段保存、匯編學位論文。因為 金屬鈾具有良好的金屬特性和獨特的核性能，所以在國防和核工業(yè)中都有著廣泛的用 途?？梢哉f 在環(huán)境氣氛中鈾材料上所發(fā)生的腐蝕過程，極大地影響著其貯存和使用可靠性。已經(jīng)發(fā)展了一些鈾的防腐技術：如表面合會化，離 子注入【 11J，陽極氧化， PVD， CVD及表面涂層等。離子注 入技術具有獨特的優(yōu)點，它能解決一些傳統(tǒng)的表面處理工藝所不能解決的問 題。離子注入這種技術不引起制成品 尺寸變化，不受薄膜結合力問題影響 (因為改性層與表面成為一體 )，并且可以克服擴散 位壘和冶金不相容性。 金屬鈾的氧化一般從反應氣體分子在金屬表面上的吸附開始，然后反應氣體離解成 氣體原子與表面的鈾原子結合。接著的氧化就需要吸附的氣體原子穿過氧化層進行擴散。研究金屬鈾表面氣體吸 附行為的工作已經(jīng)廣泛開展【 l“”，但對離子注入后鈾表面吸附氣體行為的研究很少。俄 歇電子能譜 (AEs)是表面靈敏分析技術，主要探測物質的表面信息，因此廣泛應用于吸 附的研究。應用俄歇電子能譜 (AES)研究純鐵以及金屬鈾表面離子注入碳前后 的吸附和初始氧化行為，對研究離子注入方法在鈾抗氧化和 抗腐蝕方面的應用有重要的 指導意義。另外，純鐵沒有放射性，成本較低。 離子注入碳后鈾表面吸附行為研究 1． 2國內外鈾及其合金表面吸附氧氣行為的研究 金屬鈾的電負性很強，清潔的鈾表面對氧氣而言是一個吸附劑 l” l。氧與清潔鈾反應的大部分氧化機制都已經(jīng)進行了廣泛的研究并有了較好的 了解 Il”。針對初始氧化膜的形成過程的研究目前已有不少成果。 02(g) 02(ads) 20(ads) (1其逆過程按以下 過程進行：氧在鈾氯反應中是得電子的，氧原子得電子后形成陰離子 02‘，同時形成正 空穴U(v)，從而形成一聯(lián)合的缺陷叢。電子移動時，包含 02’的格子和正空穴移到了氧化物一金屬界面上，