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N36锆合金氧化层微观形貌及润湿特性实验研究

钟磊 陈德奇 余红星 刘汉周 陈明镜 邓坚 丁书华 吴丹

钟磊, 陈德奇, 余红星, 刘汉周, 陈明镜, 邓坚, 丁书华, 吴丹. N36锆合金氧化层微观形貌及润湿特性实验研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(1): 37-44. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0037
引用本文: 钟磊, 陈德奇, 余红星, 刘汉周, 陈明镜, 邓坚, 丁书华, 吴丹. N36锆合金氧化层微观形貌及润湿特性实验研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(1): 37-44. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0037
Zhong Lei, Chen Deqi, Yu Hongxing, Liu Hanzhou, Chen Mingjing, Deng Jian, Ding Shuhua, Wu Dan. Experimental Study on Microstructure and Wetting Properties of N36 Zirconium Alloy Oxide Layer[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(1): 37-44. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0037
Citation: Zhong Lei, Chen Deqi, Yu Hongxing, Liu Hanzhou, Chen Mingjing, Deng Jian, Ding Shuhua, Wu Dan. Experimental Study on Microstructure and Wetting Properties of N36 Zirconium Alloy Oxide Layer[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(1): 37-44. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0037

N36锆合金氧化层微观形貌及润湿特性实验研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0037
基金项目: 国家自然科学基金(U1867219);四川省科技计划(2019ZDZX0001)
详细信息
    作者简介:

    钟 磊(1992—),男,博士研究生,现主要从事反应堆热工水力方面的研究,E-mail: 330566881@qq.com

    通讯作者:

    陈德奇,E-mail: deqichencqu@foxmail.com

  • 中图分类号: TL334

Experimental Study on Microstructure and Wetting Properties of N36 Zirconium Alloy Oxide Layer

  • 摘要: 研究了国产N36锆合金包壳在600、700℃和800℃常压下形成的氧化层微观形貌和表面润湿特性。对N36锆合金样件进行氧化,并测量了氧化层厚度和表面接触角。对样件表面进行扫描电子显微镜(SEM)观测获得样件的表面微观形貌,利用能谱仪(EDS)对样件表面进行局部扫描获得了成分元素种类和含量分布,分析了氧化温度和氧化时间对于N36锆合金表面润湿性的影响规律。结果表明,氧化后的样件表面润湿性增强,氧化层表面裂纹的尺寸、深度、内部结构都会影响表面润湿性。随着氧化温度升高,裂纹尺寸有增加的趋势。在同一氧化温度下,随着氧化时间的增长,样件表面裂纹的尺寸和数量都有增加的趋势。本文研究有助于深入了解N36锆合金包壳材料表面氧化的微观特性。

     

  • 图  1  高温蒸汽氧化实验平台示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of High-temperature Steam Oxidation Experimental Platform

    图  2  圆管静态接触角θ示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Static Contact Angle θ on Circular Tube

    图  3  600℃和700℃下氧化样件的氧化层厚度、接触角与表面Zr-O比

    Figure  3.  Oxidation Layer Thickness, Contact Angle and Surface Zr-O Ratio of Oxidation Samples at 600℃ and 700℃

    图  4  600℃下氧化1 h样件表面EDS分析结果

    Figure  4.  EDS Analysis Results of Sample Surface Oxidized for 1 h at 600 ℃

    图  5  600℃下氧化1~4 h的样件表面SEM图

    Figure  5.  SEM Images of Sample Surface Oxidized for 1~4 h at 600℃

    图  6  600℃下氧化1~4 h的样件截面SEM图

    Figure  6.  SEM Images of Sample Section Oxidized for 1~4 h at 600℃

    图  7  700℃下氧化1~4 h的样件表面SEM图

    Figure  7.  SEM Images of Sample Surface Oxidized for 1~4 h at 700℃

    图  8  700℃下氧化1~4 h的样件截面SEM图

    Figure  8.  SEM Images of Sample Section Oxidized for 1~4 h at 700℃

    图  9  800℃下氧化1 h的样件表面SEM图和截面SEM图     

    Figure  9.  SEM Images of Sample Surface and Section Oxidized for 1 h at 800℃

    表  1  600℃下氧化1 h样件表面元素分布

    Table  1.   Element Distribution on Sample Surface Oxidized for 1 h at 600℃

    元素特征X射
    线类型
    重量百
    分比/%
    重量百
    分比标
    准偏差
    原子百
    分比/%
    氧化物氧化物
    百分含
    量/%
    氧化物百
    分含量标
    准偏差
    OK线系25.850.3366.21
    ZrL线系71.710.4332.22ZrO296.870.58
    SnL线系0.560.200.20SnO20.720.26
    FeL线系1.880.361.38FeO2.420.46
    总量100.00100.00100.00
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  • [1] 高巍,张娴,王正品,等. M5和Zirlo合金高温水蒸气氧化行为研究[J]. 西安工业大学学报,2016, 36(6): 473-480. doi: 10.16185/j.jxatu.edu.cn.2016.06.008
    [2] 卓洪,邱绍宇,赵文金,等. 军民结合助推N36锆合金实现工程化应用[J]. 中国军转民,2019(4): 73-76. doi: 10.3969/j.issn.1008-5874.2019.04.025
    [3] SUN C, YANG Z B, WU Z P. Study on corrosion resistance of N36 zirconium alloy in LiOH aqueous solution[J]. World Journal of Nuclear Science and Technology, 2018, 8(2): 30-37. doi: 10.4236/wjnst.2018.82004
    [4] 苗一非,焦拥军,张坤,等. N36锆合金包壳堆内腐蚀模型研究[J]. 原子能科学技术,2018, 52(2): 290-294.
    [5] 程竹青,沈剑韵,陈波全,等. N36锆合金相图计算初步研究[J]. 核动力工程,2020, 41(S1): 147-152.
    [6] 惠泊宁,渠静雯,李帆,等. 表层渗碳对N36锆合金管坯耐腐蚀性能的影响[J]. 有色金属加工,2019, 48(4): 11-13,57. doi: 10.3969/j.issn.1671-6795.2019.04.004
    [7] 苗一非,焦拥军,张坤,等. N36锆合金包壳辐照生长经验模型研究[J]. 原子能科学技术,2019, 53(2): 277-281. doi: 10.7538/yzk.2018.youxian.0303
    [8] PAWEL R E, CATHCART J V, CAMPBELL J J, et al. Zirconium metal-water oxidation kinetics. V. Oxidation of Zircaloy in high pressure steam. [PWR]: ORNL/NUREG-31[R]. Tenn: Oak Ridge National Lab., 1977.
    [9] 李冬,许巍,刘晓晶,等. RELAP5程序基于敏感性分析的再淹没模型改进[J]. 核动力工程,2015, 36(S2): 151-156.
    [10] KANDLIKAR S G. A theoretical model to predict pool boiling CHF incorporating effects of contact angle and orientation[J]. Journal of Heat Transfer, 2001, 123(6): 1071-1079. doi: 10.1115/1.1409265
    [11] CHEN M J, WU D, CHEN D Q, et al. Experimental investigation on the movement of triple-phase contact line during a droplet impacting on horizontal and inclined surface[J]. Chemical Engineering Science, 2020, 226: 115864. doi: 10.1016/j.ces.2020.115864
    [12] MAKI H. Heat transfer characteristics of zircaloy-2 oxide film[J]. Journal of Nuclear Science and Technology, 1973, 10(3): 170-175. doi: 10.1080/18811248.1973.9735399
    [13] GÖHR H, SCHALLER J, SCHILLER C A. Impedance studies of the oxide layer on zircaloy after previous oxidation in water vapour at 400℃[J]. Electrochimica Acta, 1993, 38(14): 1961-1964. doi: 10.1016/0013-4686(93)80323-R
    [14] URBANIC V F, HEIDRICK T R. High-temperature oxidation of zircaloy-2 and zircaloy-4 in steam[J]. Journal of Nuclear Materials, 1978, 75(2): 251-261. doi: 10.1016/0022-3115(78)90006-5
    [15] NAGASE F, OTOMO T, UETSUKA H. oxidation kinetics of low-Sn zircaloy-4 at the temperature range from 773 to 1, 573 K[J]. Journal of Nuclear Science and Technology, 2003, 40(4): 213-219. doi: 10.1080/18811248.2003.9715351
    [16] LEISTIKOW S, SCHANZ G. Oxidation kinetics and related phenomena of zircaloy-4 fuel cladding exposed to high temperature steam and hydrogen-steam mixtures under PWR accident conditions[J]. Nuclear Engineering and Design, 1987, 103(1): 65-84. doi: 10.1016/0029-5493(87)90286-X
    [17] 张喜燕. 熔化情况下Zr-4合金包壳管氧化膜厚度变化的计算[J]. 核动力工程,1991, 12(2): 83-87.
    [18] YEOM H, JO H, JOHNSON G, et al. Transient pool boiling heat transfer of oxidized and roughened Zircaloy-4 surfaces during water quenching[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, 120: 435-446. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.12.060
    [19] KANG J Y, KIM T K, LEE G C, et al. Quenching of candidate materials for accident tolerant fuel-cladding in LWRs[J]. Annals of Nuclear Energy, 2018, 112: 794-807. doi: 10.1016/j.anucene.2017.11.007
    [20] MASSIH A R. Review of experimental data for modelling LWR fuel cladding behaviour under loss of coolant accident conditions: SKI-R-07-14[R]. Stockholm: Swedish Nuclear Power Inspectorate, 2007.
    [21] 安欣林,王晓莉. 纳米二氧化锆研究进展−Ⅰ性质[J]. 内蒙古石油化工,2007(5): 28-30. doi: 10.3969/j.issn.1006-7981.2007.05.012
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-23
  • 修回日期:  2022-03-28
  • 刊出日期:  2023-02-15

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