【摘 要】
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Cr涂层锆合金具有耐高温高压、高导热性和低热中子吸收截面等优异性能,因此在事故容限燃料（ATF）包壳制造中具有广泛的应用前景。冷却剂损失事故（LOCA）是核反应堆设计最重要的基准事故之一,在LOCA中包壳材料表面会经历高温蒸汽氧化、淬火脆性等过程,继而引发核燃料的泄漏。因此研究Cr涂层锆合金在高温氧化条件下的界面组织转变和氧化力学失效行为,将极大的促进Cr涂层锆合金材料在核包壳材料领域的应用。本文
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Cr涂层锆合金具有耐高温高压、高导热性和低热中子吸收截面等优异性能,因此在事故容限燃料（ATF）包壳制造中具有广泛的应用前景。冷却剂损失事故（LOCA）是核反应堆设计最重要的基准事故之一,在LOCA中包壳材料表面会经历高温蒸汽氧化、淬火脆性等过程,继而引发核燃料的泄漏。因此研究Cr涂层锆合金在高温氧化条件下的界面组织转变和氧化力学失效行为,将极大的促进Cr涂层锆合金材料在核包壳材料领域的应用。本文以Cr涂层锆合金核包壳管作为研究对象,采用背散射电子（BSE）、电子背散射衍射（EBSD）、聚焦离子束（FIB）、明场像（BF）、能谱（EDS）、选区电子衍射（SAED）等分析技术,系统的研究了在真空(10-3Pa)和空气两种加热环境下,淬火温度（700℃、900℃、1100℃、1300℃）和冷却方式（水冷、空冷、炉冷）对Cr涂层锆合金微观组织的影响,并对每个淬火工艺处理后的包壳管进行环压缩测试,分析组织对力学失效行为的影响,主要得到以下结论:（1）在真空加热条件下,随着冷却速率的降低,基体相变组织为:针状马氏体→魏氏组织（Basketweave组织）→Lenticular组织;在900-1100℃淬火温度范围内,扩散层内形成在FCC和HCP两种结构的Zr（Cr,Fe）2 Laves相结构;Zr在Cr层中的扩散速率低于Cr在Zr层扩散速率。（2）在空气加热条件下,Cr涂层锆合金的氧化行为符合指数规律,分为前期缓慢氧化和后期Cr、Zr和氧的扩散控制的扩散氧化两个阶段。随着氧化温度的升高和时间的增长,氧化膜的厚度增加,并且1100℃时氧化膜出现裂纹和剥落现象,导致氧扩散到锆基体内部。（3）对不同淬火条件下Cr涂层锆合金力学失效行为进行分析,在未被氧化的情况下,屈服应力总体上随着温度和淬火速率的升高而升高,但在1300℃时,由于Zr/Cr发生共晶反应,其力学性能显著降低。在氧化情况下,700-1100℃的失效形式均为延性断裂,强度随着冷却速率的升高而升高。
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