Zr-4合金在LiOH水溶液中腐蚀时氧化膜生长各向异性的研究

金属学报, 2015, 51(8): 993-1000. doi: 10.11900/0412.1961.2015.00049

Zr-4合金在LiOH水溶液中腐蚀时氧化膜生长各向异性的研究

苟少秋 ^1, , 周邦新 ^2, , 谢世敬 ^3, , 徐龙 ^4, , 姚美意 ^5, , 李强 ^6,

1.上海大学材料研究所,上海,200072

2.上海大学材料研究所,上海200072;上海大学微结构重点实验室,上海200444

3.上海大学材料研究所,上海,200072

4.上海大学材料研究所,上海200072;上海大学微结构重点实验室,上海200444

5.上海大学材料研究所,上海,200072

6.上海大学材料研究所,上海200072;上海大学微结构重点实验室,上海200444

基金项目: 国家自然科学基金项目51171102和51271104资助 Supported by National Natural Science Foundation of China (Nos.51171102 and 51271104)

关键词： Zr-4 , 耐腐蚀性 , 各向异性生长 , 氧化膜 , 显微组织

INVESTIGATION OF THE ANISOTROPIC GROWTH OF OXIDE LAYERS FORMED ON Zr-4 ALLOYS CORRODED IN LiOH AQUEOUS SOLUTION

Keywords： Zr-4 , corrosion resistance , anisotropic growth , oxide layer , microstructure

Zr-4合金大晶粒样品在360℃和18.6 MPa的0.01 mol/L LiOH水溶液中经过70和160 d腐蚀后,采用EBSD,SEM和HRTEM等方法,研究了氧化膜的显微组织和晶体结构,以及氧化膜的厚度与金属晶粒表面取向的关系.结果表明,样品经过160 d腐蚀后,金属晶粒表面取向在靠近(0001)附近时氧化膜相对较厚,氧化膜的生长显示出明显的各向异性特征,但是在腐蚀70d后这种特征还不明显.从腐蚀70d后的样品中选取了表面取向接近(0000,(10(1)0)和(1120)的金属晶粒,研究了它们表面上氧化膜/金属界面处的显微组织,不同取向金属晶粒表面上形成氧化膜的显微组织存在一定差别,在取向接近(0001)的晶粒表面生成的氧化膜中的m-ZrO2柱状晶晶粒之间的取向差比较大,氧化膜显微组织和晶体结构非常复杂,除主要的m-ZrO2外,还存在c-ZrO2,t-ZrO2以及亚氧化物ZnO.氧化膜显微组织在腐蚀过程中不断发生演化,这会影响氧离子的扩散,进而影响氧化膜的生长,这种显微组织的演化过程还会受到氧化膜在不同取向晶粒表面上形成初期显微组织差别以及腐蚀时水化学条件的影响,这是Zr-4在LiOH水溶液中腐蚀时会出现氧化膜生长各向异性特征的主要原因.

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