析出的第二相也不相同,而第二相的种类、分布及尺寸对锆合金的力学性能和耐腐蚀性能有着较大的影响[26-28],因此掌握各种合金中的第二相对我们来说就十分有必要了。刘二伟[4]在这方面做了大量工作,为锆合金研究提供了许多有效的数据,表1-4给出了不同成分的锆合金中第二相的析出情况。

表1-4不同合金的第二相[4]

第二相合金 分析技术

普遍认为锆合金中第二相对锆合金腐蚀的吸氢行为有影响,但对于第二相是如何影响第二相对锆合金腐蚀的吸氢行为却没有得到统一的认知。其中一种观点认为第二相是在影响氧化膜的特性后(如氧化膜中的致密层的厚度、孔隙、微裂纹等)才造成吸氢行为的差别;而另一种观点则认为氧化膜中暂时没有被氧化的第二相给氢提供了短路扩散的通道[29]。

姚美意等[29]用不同热处理的方法制备了Zr(Fe,Cr)2第二相多少、大小及Fe/Cr比不同的样品,研究了Zr(Fe,Cr)2第二相对Zr-4合金腐蚀时的吸氢行为的影响,研究表明,经过相加热空冷处理的样品的第二相较少且较小,虽然其耐腐蚀性能最差,但是吸氢分数也最低。经过800℃加热处理的样品的第二相粗大,数量也有所增多,其腐蚀速率也略低于经过相处理的样品,但是其吸氢分数最高;经过600℃和720℃加热处理过的样品的第二相的大小介于前两种样品之间,第二相的数量也很多,其腐蚀速率明显比经相处理的样品低,但是它的吸氢分数却明显高于后者,所以认为镶嵌在金属和氧化膜界面处的那些还未被氧化的Zr(Fe,Cr)2第二相是可以当做吸氢的优先通道,因此可以得出影响到Zr-4合金腐蚀时的吸氢行为的差别的原因是第二相的数量和大小。

刘文庆等[30]将几种Fe、Nb含量不同的锆合金样品放在1050℃保温0.5h后进行水冷,在560℃时回火10h,用带有能谱分析(EDS)的透射电子显微镜去研究它们的第二相粒子,研究结果显示:随着合金样品中的Nb元素含量提高以及Nb/Fe比的增长,第二相从Zr-4合金中密排六方结构Zr(Fe,Cr)2向密排六方Zr(Nb,Fe,Cr)2转变,同时Zr(Nb,Fe,Cr)2中Nb/Fe比也在增加;当样品中的Nb元素含量和Nb/Fe比提升到一定的程度时,除去生成了密排六方结构的Zr(Nb,Fe,Cr)2,同时也出现了体心立方结构的-Nb。

Mulki[31]等尝试用热处理(800至840℃)Zr-2,在持续1440分钟时间后产生了第二相析出的粒子,采用了多普勒展宽测量和正电子湮没寿命谱测量方法(DopplerbroadeningmeasurementsandPositronlifetimespectroscopy)对第二相析出物进行研究,研究结果表明800℃与840℃的Zr-2缺陷是有所不同的。邱日盛[32]等介绍了Nb、Fe、Sn等元素的固溶度,并对国内外关于Zr-Sn-Nb-Fe系新型锆合金中第二相粒子研究情况进行了评述,重点探讨了不同种类Zr-Sn-Nb-Fe析出相成分、晶体结构及其形成条件和机制。概括分析表明了,目前主流的Zr-Sn-Nb-Fe系合金中Nb的含量均大于其在α-Zr基体中最大固溶度,可以确定Nb是参与形成第二相的一种重要元素。指出了合金中Zr-Sn-Nb-Fe析出相有两种:一种是六方结构的MgZn2型Zr(Nb,Fe)2Laves相,它的形成与合金中作为杂质存在的Cr元素有关;而另一种是立方结构的Ti2Ni型(Zr,Nb)2Fe相,其与合金中普遍含有的O元素有关。对不同成分的Zr-Sn-Nb-Fe系合金检测证实了,可以用一个由合金中Fe和Nb的含量确定的R*参数去分析其成分发生变化时合金中可能出现析出相的类型。

(2)合金成分的变化对第二相种类的影响目前各国重点研发的锆合金基本上同属于Zr-Sn-Nb-Fe系,合金中析出相的粒子也主要是Zr-Nb-Fe粒子。但是由于这些合金成分(尤其是Fe和Nb这两种主要第二相形成元素)仍存在差异,所以各国学者所报道的不同合金中析出相粒子的种类都不尽相同。为此,有一些研究者尝试熔炼不同的Nb和Fe含量的锆合金,以此系统地研究出合金中析出相的种类随合金成分的变化情况。法国学者Barberis和Tffolon-masclet、俄罗斯学者Shishov等在此方面做了杰出的工作。

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