【摘 要】
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铅铋共晶（LBE）因其高的热导率、低熔点、高沸点等优异的物理性能和低化学活性,作为铅冷快堆（LFR）的冷却剂,同时也是加速器驱动次临界系统（ADS）中次临界反应堆冷却剂和散裂靶的重要候选材料。但是,LBE与结构材料接触会引起材料的腐蚀,导致材料性能的恶化,成为制约LFR和ADS铅冷反应堆发展的瓶颈问题之一。TiAlN涂层因其具有高抗辐照、高温氧化、腐蚀性能和化学稳定性,在面向LBE的结构材料的防护
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
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铅铋共晶（LBE）因其高的热导率、低熔点、高沸点等优异的物理性能和低化学活性,作为铅冷快堆（LFR）的冷却剂,同时也是加速器驱动次临界系统（ADS）中次临界反应堆冷却剂和散裂靶的重要候选材料。但是,LBE与结构材料接触会引起材料的腐蚀,导致材料性能的恶化,成为制约LFR和ADS铅冷反应堆发展的瓶颈问题之一。TiAlN涂层因其具有高抗辐照、高温氧化、腐蚀性能和化学稳定性,在面向LBE的结构材料的防护方面具有很大的发展潜力。本论文以TiAlN涂层为研究对象,研究了离子辐照对TiAlN涂层耐LBE腐蚀性能的影响研究。首先采用阴极弧离子镀技术,在W-Fe-Ni合金材料表面制备了TiAlN涂层（以Cr作为过渡层）,再进行1.0 Me V的（0-2.0）×1016 ions/cm2剂量的N5+离子辐照实验,辐照峰值损伤水平达到1.0 dpa和5.0 dpa,然后在450℃饱和氧的LBE中分别腐蚀500h、1000h和3000h。利用扫描电镜（SEM）观察了实验后样品的表面和截面的形貌;用能量色散谱仪（EDS）分析了试验后表面和截面的元素分布;用X-射线衍射（XRD）和X-射线能量色散谱（XPS）分析了涂层的微观结合和新生氧化物的化学价态;用透射电镜（TEM）观察了辐照后腐蚀样品的近表面氧化层生成情况;最后利用划痕测试仪对辐照和辐照后腐蚀的样品进行了结合力变化的分析。通过一系列的测试分析,评价了N5+离子辐照对TiAlN涂层耐LBE腐蚀性能的影响。本论文的研究发现:（1）在高达2.0×1016 ions/cm2的辐照剂量下,TiAlN涂层表现出很好的抗辐照性能;但随着辐照剂量的增加,残余应力发生了先减小后增大的变化,表明晶格常数和结合力发生了先增大后减小的变化。（2）经过长达3000h的腐蚀后,未观察到TiAlN涂层表面的溶解、LBE渗入等腐蚀现象,只在表面缺陷附近生成了Al2O3和Ti O2。该腐蚀条件下涂层表现出很好的耐腐蚀性能。（3）N5+离子辐照TiAlN样品的LBE腐蚀氧化层的厚度均匀性提高;随着辐照剂量增大,LBE高温腐蚀样品的晶格常数减小;3000h长时效下,辐照对涂层结合力的影响很小。
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