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中国表面工程 2022年第4期35卷 18-18页

作者：蔡振兵张瑞谦西南交通大学摩擦学研究所西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心中国核动力研究设计院中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室管理办公室中国核学会锕系物理与化学分会四川省核学会核燃料与材料专委会

核能也称原子能,是原子核结构发生变化时释放出来的巨大能量,包括裂变能和聚变能两种主要形式。核能装备长期在强腐蚀、强辐射、高温、高流速等极端环境下运行,多因素耦合损伤极易导致关键部件服役性能的急剧退化直至失效,一旦部件性能... 详细信息

核能也称原子能,是原子核结构发生变化时释放出来的巨大能量,包括裂变能和聚变能两种主要形式。核能装备长期在强腐蚀、强辐射、高温、高流速等极端环境下运行,多因素耦合损伤极易导致关键部件服役性能的急剧退化直至失效,一旦部件性能失效将可能引起灾难性事故。例如,2011年日本福岛核事故中,反应堆堆芯中的锆合金包壳与高温水蒸气剧烈反应,最终造成堆芯熔化和氢气爆炸,对社会和环境造成了巨大的负面影响。此后,满足更高安全裕量的核材料和技术提升成为研究热点。国内外的学者、企业围着核能装备对安全运营的更高要求,在新材料体系、涂层技术和表面改性技术开展了持续的研究和开发,取得了一系列重要成果。

关键词：原子核结构灾难性事故核材料多因素耦合涂层技术极端环境表面改性技术聚变能

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高比表面积、低密度块状Al2O3气凝胶的制备及表征

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材料工程 2019年第12期47卷 136-142页

作者：余煜玺马锐王贯春张瑞谦彭小明厦门大学材料学院福建省特种先进材料重点实验室福建厦门361005 中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610000

以仲丁醇铝(ASB)为前驱体,乙醇为溶剂,乙酸为催化剂,乙酰乙酸乙酯(Etac)为螯合剂,通过溶胶-凝胶和超临界干燥过程制备得到块状氧化铝气凝胶,并在不同温度下对其进行热稳定性分析。此外,通过SEM,XRD,FT-IR和N 2吸附-脱附分析等测试研究... 详细信息

以仲丁醇铝(ASB)为前驱体,乙醇为溶剂,乙酸为催化剂,乙酰乙酸乙酯(Etac)为螯合剂,通过溶胶-凝胶和超临界干燥过程制备得到块状氧化铝气凝胶,并在不同温度下对其进行热稳定性分析。此外,通过SEM,XRD,FT-IR和N 2吸附-脱附分析等测试研究了乙醇和乙酰乙酸乙酯的用量对氧化铝气凝胶微结构及比表面积的影响。结果表明:氧化铝气凝胶具有叶片状颗粒堆积形成的纳米多孔网络结构,比表面积高达744.5m^2/g,密度低至0.063g/cm^3,随着热处理温度升高,比表面积逐渐降低,1200℃热处理2h后依旧高达153.45m^2/g;经不同温度热处理后,氧化铝气凝胶的叶片状多孔结构未发生明显变化,表明该氧化铝气凝胶具有高温稳定性。

关键词：氧化铝气凝胶溶胶-凝胶螯合剂热处理比表面积

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基于弥散燃料颗粒开裂的裂变气体释放模型

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核动力工程 2019年第5期40卷 85-91页

作者：陈洪生龙冲生肖红星韦天国高雯中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213 深圳市清洁能源研究院广东深圳518000

根据弥散燃料颗粒开裂后裂变气体的3种释放途径,分别建立了裂纹连通释放模型、气泡连通释放模型以及原子扩散释放模型,综合得到了基于弥散燃料颗粒开裂的裂变气体释放模型,并采用该模型对裂变气体释放量进行了计算。结果表明:裂变气体... 详细信息

根据弥散燃料颗粒开裂后裂变气体的3种释放途径,分别建立了裂纹连通释放模型、气泡连通释放模型以及原子扩散释放模型,综合得到了基于弥散燃料颗粒开裂的裂变气体释放模型,并采用该模型对裂变气体释放量进行了计算。结果表明:裂变气体释放量主要由裂纹连通释放途径贡献;燃耗深度越高,裂变气体释放量的增加速率会越大;随着退火温度的增加,裂变气体释放量迅速增加,而退火时间越长,裂变气体释放量的增加速率越低。通过裂变气体释放量模型计算得到的裂纹宽度与实验观察到的裂纹宽度符合较好,对比结果验证了基于弥散燃料颗粒开裂的裂变气体释放模型的合理性。

关键词：裂变气体释放弥散燃料颗粒开裂燃耗数理模型

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30CrMnSi/Cu/V/TC4电子束焊接试验研究

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电焊机 2021年第4期51卷 67-71,I0006页

作者：魏连峰李宁王廷中国核动力研究设计院反应堆燃料与材料科技重点实验室四川成都610041 哈尔滨工业大学(威海)山东省特种焊接技术重点实验室山东威海264209

使用Cu/V中间层实现了30CrMnSi合金钢与TC4钛合金的电子束焊接,探究了接头组织和性能特征。结果表明,通过添加Cu/V过渡层金属可以避免Ti-Fe元素的直接混合反应生成脆硬的金属间化合物。焊缝不同区域分布着不同组分及性能的特征相,靠近... 详细信息

使用Cu/V中间层实现了30CrMnSi合金钢与TC4钛合金的电子束焊接,探究了接头组织和性能特征。结果表明,通过添加Cu/V过渡层金属可以避免Ti-Fe元素的直接混合反应生成脆硬的金属间化合物。焊缝不同区域分布着不同组分及性能的特征相,靠近钢侧焊缝为偏聚形成的富Fe相与富Cu相,靠近钛侧焊缝在形成Ti-V固溶体的同时也形成了少量Ti-Cu金属间化合物。接头的抗拉强度最高为418 MPa,接头失效于焊缝与30CrMnSi母材界面处的熔合线位置。

关键词： TC4钛合金 30CrMnSi合金钢电子束焊接微观组织

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基于热加工图的F/M钢成形机制和工艺优化

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中国科技论文 2020年第4期15卷 390-396页

作者：潘钱付张鹤雄张新房王辉刘超红中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

采用Gleeble-3500对铁素体/马氏体(F/M)钢的热成形规律进行了研究。基于F/M钢热压缩应力-应变曲线,建立了F/M钢动态材料模型(dynamic material model,DMM)热加工图,并通过金相分析对热加工图进行了验证。结合热加工图和金相分析,研究了... 详细信息

采用Gleeble-3500对铁素体/马氏体(F/M)钢的热成形规律进行了研究。基于F/M钢热压缩应力-应变曲线,建立了F/M钢动态材料模型(dynamic material model,DMM)热加工图,并通过金相分析对热加工图进行了验证。结合热加工图和金相分析,研究了F/M钢热成形过程中的组织变化,给出了不同情况下的热加工参数:如后续需要继续大变形加工,可采用850℃、应变速率0.01 s^-1作为加工参数,该参数可生成细小、均匀且易加工的铁素体组织;如后续对F/M钢有较高的强度要求,可选取1150℃、应变速率10 s^-1作为加工参数,该参数可生成细小、均匀且高强度的马氏体。

关键词：金属加工 F/M钢热加工图热压缩变形组织

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SiC_f/SiC复合材料包壳高温水蒸气氧化性能研究

SiC_f/SiC复合材料包壳高温水蒸气氧化性能研究

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中国核学会2019年学术年会

作者：何宗倍李鸣付道贵张瑞谦邱邵宇中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室中国核动力研究设计院核燃料元件及材料研究所

SiC_f/SiC复合材料因其优异的性能而被认为是耐事故燃料包壳的理想候选材料之一,但作为一种新的材料体系其要实现在核领域的应用仍有较多问题需要研究,其中之一便是该类材料在高温水蒸气条件下的氧化性能。本文对具有不同涂层的SiC_f/Si... 详细信息

SiC_f/SiC复合材料因其优异的性能而被认为是耐事故燃料包壳的理想候选材料之一,但作为一种新的材料体系其要实现在核领域的应用仍有较多问题需要研究,其中之一便是该类材料在高温水蒸气条件下的氧化性能。本文对具有不同涂层的SiC_f/SiC复合材料包壳在1 300℃、100%水蒸气条件下进行了24 h的氧化试验,研究了不同涂层试样高温水蒸气氧化后的重量变化特征,并利用SEM、XRD和XPS对氧化后的微观形貌和成分进行了分析表征。研究结果表明,不同涂层试样的氧化增重规律相近,其增重率均在2%左右,氧化后涂层表面出现玻璃态的氧化膜,且氧化膜上还存在孔洞和开裂,1 050℃沉积和1 150℃沉积的涂层试样氧化产物为非晶态的SiO和SiCO,而1 250℃沉积的涂层试样氧化后的氧化产物主要为非晶态的SiCO。

关键词： SiCf/SiC复合材料包壳高温水蒸气氧化微观形貌成分分析

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预处理工艺对电镀制备的Cr涂层Zr-4合金的微结构和结合强度的影响

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材料热处理学报 2020年第7期41卷 158-166页

作者：黄闽江李奕鹏杨忠波王朋飞冉广厦门大学能源学院福建厦门361102 福建省核能工程技术研究中心福建厦门361102 反应堆燃料及材料重点实验室中国核动力研究设计院四川成都610213

采用电镀技术在锆合金基体上成功制备出了优异微结构和高结合强度的Cr涂层。分析了不同预处理工艺制备的涂层表面和涂层与基体界面的微结构特征,并利用划痕法测试了涂层与基体的结合强度。结果表明:预处理工艺显著影响涂层粒径尺寸和界... 详细信息

采用电镀技术在锆合金基体上成功制备出了优异微结构和高结合强度的Cr涂层。分析了不同预处理工艺制备的涂层表面和涂层与基体界面的微结构特征,并利用划痕法测试了涂层与基体的结合强度。结果表明:预处理工艺显著影响涂层粒径尺寸和界面微结构,采用活化处理和预镀镍可以获得平均粒径为0.52μm的致密Cr涂层。活化处理使Cr/Zr界面产生实质性的微观结合,尽管预镀镍层改善了界面微结构,但依然存在少许纳米尺度的微观缺陷。热处理使Ni和Zr原子相互扩散形成NixZry金属间化合物的冶金结合的同时,最终消除了界面处的纳米级微观缺陷(如空洞、气泡、杂质与微裂纹等),从而制备出了具有Cr/Ni/NixZry/Zr多层结构的Cr涂层Zr-4合金。Cr涂层与Ni层以晶格匹配的方式结合,NixZry为多层结构,从Ni层到Zr-4基体依次为Ni5Zr、Ni7Zr2、Ni3Zr、Ni10Zr7、NiZr和NiZr2相层。活化处理大幅度提升涂层与基体间的结合强度,界面结合强度由未活化的1.9 N提高到活化后的48.2 N,预镀镍进一步提高到75.8 N;而热处理形成的NixZry为硬度较高的多层金属间化合物层,使结合强度略有降低。

关键词：铬涂层锆合金包壳电镀结合强度

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两步烧结制备细晶核燃料的研究

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核动力工程 2019年第S02期40卷 171-176页

作者：冷科李统业喻冲刘喆刘羽杨静曾诚中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213

为制备高燃耗结构的细晶核燃料,以UO2陶瓷为研究对象,通过设置实验变量,探究了成型压力、烧结温度对UO2陶瓷性能的影响,探讨两步法制备细晶UO2陶瓷燃料的可行性。结果表明,采用两步烧结制备得到的UO2陶瓷晶粒尺寸相对于传统烧结工艺(平... 详细信息

为制备高燃耗结构的细晶核燃料,以UO2陶瓷为研究对象,通过设置实验变量,探究了成型压力、烧结温度对UO2陶瓷性能的影响,探讨两步法制备细晶UO2陶瓷燃料的可行性。结果表明,采用两步烧结制备得到的UO2陶瓷晶粒尺寸相对于传统烧结工艺(平均晶粒尺寸约23.8μm)明显降低,部分晶粒已经达到了亚微米级别;试样晶粒尺寸分布不均匀,小晶粒尺寸小于500 nm,大晶粒尺寸在1~5μm之间;第一步烧结温度(T1)越低,晶粒尺寸越小,但同时晶粒尺寸分布越不均匀;成型压力与试样最终烧结密度成正相关关系,成型压力越大,试样密度提升幅度越大。

关键词：两步烧结细晶UO2 烧结温度密度

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采用横梁位移速率实现GB/T228.1-2010中的方法A

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理化检验（物理分册） 2021年第4期57卷 19-21,24页

作者：彭建章李荣锋武汉泛洲中越合金有限公司武汉430056 广东(东莞)材料基因高等理工研究院东莞523808 中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213

通过大量横梁位移速率控制下的原始拉伸数据,计算了横梁位移控制条件下,名义应变速率与实际应变速率之间的差异,并以此为依据对横梁位移速率进行了修正和验证。结果表明:该修正方法简易可行,建议替代GB/T228.1-2010中原有的修正方法。

关键词：拉伸试验横梁位移名义应变速率实际应变速率方法A 刚度修正

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先进核燃料用ZrC涂层材料的研究进展

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核科学与技术 2020年第1期8卷 42-51页

作者：李刚王辉吴松岭中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室四川成都

先进高温/超高温反应堆对核燃料提出了更高的使用要求,ZrC涂层颗粒燃料具有优良的综合性能,是一种适用于高温反应堆的先进燃料。从ZrC涂层燃料的制备技术、高温稳定性、氧化行为、辐照性能等方概述了核燃料用ZrC涂层的研究现状,分析了... 详细信息

先进高温/超高温反应堆对核燃料提出了更高的使用要求,ZrC涂层颗粒燃料具有优良的综合性能,是一种适用于高温反应堆的先进燃料。从ZrC涂层燃料的制备技术、高温稳定性、氧化行为、辐照性能等方概述了核燃料用ZrC涂层的研究现状,分析了在辐照环境下的ZrC涂层的氧化数据不全面,化学计量变化对辐照引起的膨胀、微观结构演变、辐照损伤以及与裂变产物的相容性等研究不系统,ZrC涂层在辐照及高温环境下的结构和机械稳定性缺乏广泛的辐照实验验证,ZrC涂层燃料与裂变产物的作用机制以及裂变产物在涂层中的分布、扩散规律缺乏充足认识等核燃料用ZrC材料的研究薄弱环节。

关键词： ZrC涂层 ZrC-TRISO燃料制备技术高温稳定性氧化行为辐照性能

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