杂质铁对U?0.7%Ti合金与氢反应的影响

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1  杂质铁对U-0.7%Ti合金与氢反应初期动力学的影响

图1为杂质铁对缓冷态以及淬火态U-0.7%Ti合金氢化腐蚀动力学影响图。实验前，首先将U-0.7%Ti合金参比样(杂质铁含量为44.0′10^-6)以及含铁杂质的U-0.7%Ti合金样品经酸洗去除表面氧化层后，利用水砂纸对其上下表面进行逐级打磨，打磨至2400号后装入反应容器中，密封后接入铀氢反应实验系统进行真空预热处理，以确保样品表面状态一致。样品进行真空预热处理后，在预定的反应温度70℃下向样品容器内通入约80 kPa的氢气进行反应。利用压力传感器在线监测反应气氛的压力变化，待压降达到10 kPa以上后抽空，停止实验。从图1可知，整个反应过程可分为孕育期、过渡期和加速期三个阶段，这是一个典型的氢化反应过程。若以压力降低1%所对应的时间作为U-0.7%Ti合金与氢反应孕育期，则可得到表1所示的不同杂质铁含量的缓冷态以及淬火态U-0.7%Ti合金氢化孕育期数据，进而可以通过比较孕育期时间的长短来评价杂质铁对铀钛合金氢化腐蚀行为的影响。不论从淬火态以及缓冷态样品的氢化腐蚀动力学曲线以及孕育期时间来看，一定含量的杂质铁都能够促进U-0.7%Ti合金的氢化腐蚀。

表 1  杂质铁对U-0.7%Ti合金氢化孕育期影响

2  杂质铁对U-0.7%Ti合金组织结构的影响

国外早期的相关研究表明，合金化元素的引入能够细化铀的晶粒。比较图2(a)缓冷态U-0.7%Ti合金参比样与图2(b)杂质铁含量为563′10^-6的缓冷态U-0.7%Ti合金中的晶界数量可知，杂质铁的引入能够细化缓冷态铀钛合金晶粒，显著增加了含杂质铁的缓冷态U-0.7%Ti合金中的晶界数量。比较图3(a)淬火态U-0.7%Ti合金参比样与图3(b)杂质铁含量为563′10^-6的淬火态U-0.7%Ti合金中的晶界数量可知，杂质铁的引入也能够细化淬火态铀钛合金的晶粒，显著增加了含杂质铁的淬火态样品中的晶界数量。近期的铀氢反应实验研究表明，氢更容易在晶界处优先氢化成核，即晶界是氢进入铀基体的快速通道。在其它条件一致的条件下，样品中晶界数量多则其氢化速率要更快。可见，杂质铁能够促进U-0.7%Ti合金的氢化反应源于其细化晶粒、产生大量的晶界的作用。