編號：FTJS09119
篇名：鋯合金初始氧化行為的原位近常壓XPS研究
作者：戴久翔 龔忠苗 徐詩彤 崔義 姚美意
關(guān)鍵詞： 鋯合金 NB 初始氧化 原位 近常壓X射線光電子能譜
機(jī)構(gòu)： 上海大學(xué)材料研究所 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
摘要： 鋯基合金由于具有低的熱中子吸收截面、良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn),通常被用于水冷核反應(yīng)堆中的核燃料包殼和其他結(jié)構(gòu)材料。通過在合金中添加適量的Nb元素可以有效地降低鋯合金的氧化速率和吸氫分?jǐn)?shù),從而改善鋯合金的耐腐蝕性能。盡管對鋯合金的耐腐蝕性能得到了廣泛的認(rèn)識,但關(guān)于其在接近真實(shí)氧化腐蝕條件下的原位研究一直是具有挑戰(zhàn)性的課題。本工作中利用近常壓X射線光電子能譜(NAP-XPS)原位研究了1.3×10−8–1.3×10−1mbar(1 mbar=100 Pa)連續(xù)分壓下室溫到623 K溫度時(shí)兩種鋯基合金表面在水,氧中的初始氧化腐蝕行為。結(jié)果表明,未添加Nb和添加1%Nb的鋯合金表面在初始氧化過程中鋯元素都會(huì)由金屬態(tài)向多種氧化態(tài)過渡。水蒸氣環(huán)境下兩種合金的氧化速率都要低于氧氣環(huán)境。室溫下無論水蒸氣還是氧氣環(huán)境兩種合金的氧化速率都要比623 K高溫情況下的慢。在623 K的氧氣氣氛下,未添加Nb的鋯合金相較于添加1%Nb的鋯合金更容易被氧化,Nb的添加一定程度上會(huì)降低氧物種的吸附能力。在室溫下和623 K低水蒸氣壓力下,1%Nb鋯合金氧化速率更快,Nb促進(jìn)OH−在表面生成。而在623 K高水蒸氣壓力下,未添加Nb的鋯合金有更易于被氧化的傾向,Nb在高溫下向表面擴(kuò)散并抑制OH−鍵的斷裂,但兩種樣品表面短時(shí)間內(nèi)都無法被完全氧化。
