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Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机理 被引量：4
1
作者 廖业宏 彭振驯 +3 位作者 严俊 王占伟 李思功 任啟森 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期291-299,共9页
Cr涂层锆合金包壳具备抗高温蒸汽氧化性能优异、耐腐蚀和耐磨蚀性能良好、工程应用难度较小等特点,成为最具前景的近期型事故容错燃料候选材料之一。本工作以Zr-1Nb合金管为基体材料,采用磁控溅射工艺制备均匀致密Cr涂层,涂层厚度范围12... Cr涂层锆合金包壳具备抗高温蒸汽氧化性能优异、耐腐蚀和耐磨蚀性能良好、工程应用难度较小等特点,成为最具前景的近期型事故容错燃料候选材料之一。本工作以Zr-1Nb合金管为基体材料,采用磁控溅射工艺制备均匀致密Cr涂层,涂层厚度范围12~15μm。通过同步综合热分析仪开展双面高温蒸汽氧化试验,氧化温度为1000、1100和1200℃,氧化时间为300~5000 s,系统研究反应堆事故工况下Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化行为。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪表征高温氧化产物膜微观形貌特征、氧化层厚度、元素分布以及物相组成等,建立Cr涂层氧化动力学模型,探讨高温氧化机理。研究表明,高温蒸汽环境中,Cr涂层锆合金包壳外壁形成致密Cr2O3层,有效阻止O元素扩散至Zr合金基体,从而提升复合包壳的耐高温性能。其次,Cr涂层高温蒸汽氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率常数比锆合金低大约2个数量级,显著提升锆合金包壳抗高温蒸汽氧化性能。 展开更多
关键词 磁控溅射 cr涂层锆合金包壳 高温蒸汽氧化 氧化速率常数 氧化机理
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Cr涂层锆合金包壳模拟LOCA试验研究 被引量：1
2
作者 王占伟 严俊 +4 位作者 彭振驯 任啟森 廖业宏 李思功 赵亚欢 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期122-128,共7页
2011年日本福岛核事故暴露传统锆合金燃料包壳在失水事故(LOCA)工况下的安全性问题。为了探究新型Cr涂层锆合金包壳在LOCA工况下的性能,本研究针对物理气相沉积(PVD)工艺涂覆的12~15μm厚度Cr涂层Zr-1Nb合金包壳管,开展模拟LOCA工况下... 2011年日本福岛核事故暴露传统锆合金燃料包壳在失水事故(LOCA)工况下的安全性问题。为了探究新型Cr涂层锆合金包壳在LOCA工况下的性能,本研究针对物理气相沉积(PVD)工艺涂覆的12~15μm厚度Cr涂层Zr-1Nb合金包壳管,开展模拟LOCA工况下的高温蒸汽氧化-淬火试验,氧化温度为1200℃和1300℃,单面氧化时间为10 min和20 min,淬火温度约800℃,之后对淬火后试样进行环压测试。结果发现,在研究条件下,Cr涂层未出现剥落,涂层完整;Cr涂层锆合金包壳外表面形成较为致密Cr_(2)O_(3)层,抑制O原子扩散至锆合金基体,阻止锆合金基体被氧化为ZrO_(2)层和α-Zr(O)层,环压测试发现淬火后包壳保持良好塑性。研究表明,在本测试工况下Cr涂层锆合金包壳相比传统锆合金包壳具有更强的抗LOCA事故能力。 展开更多
关键词 cr涂层锆合金包壳 失水事故(LOCA) 高温蒸汽氧化 淬火 塑-脆性转变
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常压下ATF锆合金包壳Cr涂层表面饱和池式沸腾气泡行为实验研究 被引量：1
3
作者 文青龙 曾谢虎 +3 位作者 杜强 陈志强 张瑞谦 杜沛南 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期34-42,共9页
铬(Cr)涂层锆合金包壳是最有前途的耐事故燃料(ATF)的新型包覆材料之一,对其表面的气泡动力学进行研究有助于评估是否具有更好的传热性能。在常压下的Cr涂层锆合金包壳池式沸腾实验装置中对不同工艺方法下制备的Cr涂层锆合金包壳进行实... 铬(Cr)涂层锆合金包壳是最有前途的耐事故燃料(ATF)的新型包覆材料之一,对其表面的气泡动力学进行研究有助于评估是否具有更好的传热性能。在常压下的Cr涂层锆合金包壳池式沸腾实验装置中对不同工艺方法下制备的Cr涂层锆合金包壳进行实验,研究了粗糙度等表面状态对气泡产生、长大以及脱离等气泡行为的影响。结果表明,气泡接触角与Cr涂层表面粗糙度有关,粗糙度越大,表面气泡接触角越小;不同涂层工艺下制备的4种Cr涂层锆合金包壳样件表面的气泡脱离直径范围为1.256~1.446 mm,气泡脱离频率范围为29.99~50.97 Hz;气泡脱离直径与粗糙度呈负相关,脱离频率与粗糙度呈正相关;气泡脱离直径预测模型与实验数据之间的偏差为±6%,脱离频率预测模型与实验数据之间的偏差为±3%。 展开更多
关键词 耐事故燃料(ATF) 铬(cr)涂层锆合金包壳 气泡行为 脱离直径 脱离频率
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不同燃料包壳在高温高压水中的表面腐蚀产物沉积行为研究 被引量：2
4
作者 严亚伦 胡艺嵩 冯英杰 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1260-1267,共8页
压水堆一回路材料腐蚀产物在燃料包壳表面沉积会形成燃料污垢。燃料污垢可能引起垢致轴向功率偏移(Crud Induced Power Shift,CIPS)和包壳垢致局部腐蚀(Crud Induced Localized Corrosion,CILC)。腐蚀产物的沉积与燃料包壳表面特性相关... 压水堆一回路材料腐蚀产物在燃料包壳表面沉积会形成燃料污垢。燃料污垢可能引起垢致轴向功率偏移(Crud Induced Power Shift,CIPS)和包壳垢致局部腐蚀(Crud Induced Localized Corrosion,CILC)。腐蚀产物的沉积与燃料包壳表面特性相关,例如表面粗糙度等。Cr涂层锆合金是一种典型的事故容错燃料(Accident Tolerant Fuel,ATF)包壳。Cr涂层可能改变锆合金包壳表面的特性,进而改变腐蚀产物在燃料包壳表面的沉积行为。本论文通过试验研究了锆合金包壳和Cr涂层锆合金包壳在高温高压水中的表面腐蚀产物沉积行为。试验后采用扫面电子显微镜(Scanning Electric Microscope,SEM)对污垢的表面和截面的形貌和成分进行分析。结果表明,Cr涂层锆合金包壳表面污垢成分含有Cr元素;Cr涂层锆合金包壳表面污垢无明显烟囱状结构,锆合金包壳表面烟囱状结构明显,且烟囱面密度约为127个/mm^(2);Cr涂层锆合金包壳表面污垢平均厚度比锆合金包壳表面的污垢厚度减小约6μm。 展开更多
关键词 压水堆 腐蚀产物 燃料包壳 污垢 cr涂层锆合金包壳
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Cr涂层锆包壳池式沸腾传热实验研究 被引量：1
5
作者 曾谢虎 陈志强 +3 位作者 文青龙 杜强 张瑞谦 杜沛南 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期91-97,共7页
铬(Cr)涂层锆合金包壳被认为是最有前途的耐事故燃料(ATF)包壳材料之一,这种材料的表面状态对传热性能的影响程度将极大地影响着涂层锆包壳的工艺优化方向。本文在常压下的Cr涂层锆合金包壳池式沸腾实验装置中对不同工艺方法下制备的Cr... 铬(Cr)涂层锆合金包壳被认为是最有前途的耐事故燃料(ATF)包壳材料之一,这种材料的表面状态对传热性能的影响程度将极大地影响着涂层锆包壳的工艺优化方向。本文在常压下的Cr涂层锆合金包壳池式沸腾实验装置中对不同工艺方法下制备的Cr涂层锆合金包壳进行实验,研究了粗糙度等表面状态对传热的影响规律及其机制。结果表明,表面粗糙度的提高能降低汽化核心产生的条件,在相同壁面过热度下可显著强化传热。在本文研究参数范围内,随着传热表面粗糙度的提高,临界热流密度(CHF)相应地呈上升趋势,增加表面粗糙度能有效提高CHF值。在此基础上,本文还建立了粗糙度对传热系数影响的预测关系式。 展开更多
关键词 耐事故燃料(ATF) 铬(cr)涂层锆合金包壳 粗糙度 沸腾曲线 临界热流密度
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基于事故容错燃料的高燃耗组件研究进展
6
作者 付浩 彭振驯 +3 位作者 廖业宏 薛佳祥 沈朝 周张健 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第22期107-118,共12页
针对核电高经济性和高安全性的目标,高燃耗(大于62 GWd/MTU)成为核燃料的发展趋势,然而,燃耗加深势必会导致芯块和包壳性能衰退甚至失效,引发安全隐患。本文首先回顾和梳理高燃耗状态传统UO_(2)芯块-Zr合金包壳核燃料系统所面临的挑战,... 针对核电高经济性和高安全性的目标,高燃耗(大于62 GWd/MTU)成为核燃料的发展趋势,然而,燃耗加深势必会导致芯块和包壳性能衰退甚至失效,引发安全隐患。本文首先回顾和梳理高燃耗状态传统UO_(2)芯块-Zr合金包壳核燃料系统所面临的挑战,如芯块边缘高燃耗结构(HBS)形成-迅速扩展、裂变气体释放份额增大、燃料棒内压增大、包壳腐蚀和吸氢量加剧以及失水事故(LOCA)工况芯块碎裂-迁移-重置现象等,并以相关问题为切入点厘清关键对策。然后,归纳总结现阶段核工业界近期型事故容错燃料(ATF)方案研究进展和成果,重点阐述主流Cr涂层锆合金包壳和大晶粒UO_(2)芯块ATF候选材料的关键服役性能,包括裂变气体释放、芯块-包壳接触压力、包壳水侧腐蚀及高温蒸汽氧化-淬火行为等。同时,对比分析Cr涂层锆合金包壳+大晶粒UO_(2)芯块相较于传统核燃料系统服役优势,尤其是高燃耗状态,研究表明近期型ATF方案在高燃耗项目中极具应用潜力。本文概述的内容有助于加深核工业工作者对高燃耗项目的理解,同时为我国自主研发ATF和高燃耗项目相结合提供参考,助力提升核电经济性、安全性与可靠性。 展开更多
关键词 高燃耗 燃料组件 事故容错燃料 cr涂层锆合金包壳 大晶粒UO 2芯块
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