文档介绍：攻读硕士学位研究生论文计划
学号:
研究生姓名:
学科: 材料工程
研究方向:微弧氧化法制备氢化锆防氢渗透层的研究
指导教师:
2013年3月制订
论文题目:微弧氧化法制备氢化锆防氢渗透层的研究
论文开题报告会时间:2013年3月日
开题报告:(论文选题目的、意义、国内外研究现状、研究内容、课题可行性等)
课题研究目的及意义
氢化锆具有较高的氢密度、较好的热稳定性及低的中子捕获截面,诸多优点成为核反应堆的一种新型的固体中子慢化材料和中子屏蔽材料。另外,氢化锆具有负的温度系数从而大大提高核反应堆运行的稳定性和安全性。但是,在核反应堆中作为慢化剂的氢化锆在650~750℃的工作温度下,H/,氢的析出会造成氢化锆慢化能力降低,严重时会造成慢化能力的丧失。另外,在工作温度范围内,由于反应平衡,氢平衡分压高达10kPa~40kPa,所以会导致包壳中的压力升高。为了解决氢化锆慢化剂中氢的析出问题,必须在氢化锆表面制备氢渗透阻挡层以阻止和防止基体氢化锆中氢的析出,从而延长氢化锆慢化剂的使用寿命。
目前人们研究的在聚变环境中用做抗氢渗透层的材料有氧化物、碳化物涂层材料及氮化物和碳化物的复合涂层材料等。国内的研究主要有原位氧化法、电镀法、CO2反应法等手段制备氢化锆表面防氢渗透阻挡层。研究结果表明,通过在氢化锆表面生成ZrO2表面层可以对氢的渗透有明显阻碍作用。研究表明,经高温脱氢后在表面反应层中发现C-H键和-OH基团,由此研究者推断ZrO2表面层可以对氢的渗透起到了阻挡氢析出的作用,而微弧氧化技术正是在金属表面通过原位反应制备氧化层的新型技术,所以在氢化锆表面制备防氢渗透层微弧氧化不失为一种待开发的技术。
微弧氧化陶瓷层的具有以下特性为:
①孔隙率低,从而提高了陶瓷层的耐蚀性能和绝缘性能。
②陶瓷层由晶相和非晶相组成,赋予了陶瓷层硬度和变形特性的良好组合,使得它在机械和耐磨行为上类似于硬质合金。
③陶瓷层从基体上原位生长,与基体结合紧密,不易脱落。
微弧氧化是将金属置于强电场环境的溶液中,其表面因受到端电压作用而发生微弧放电所产生的高温高压使微区的金属原子与溶液中的氧结合在金属表面生成一层以该金属氧化物为主的氧化物陶瓷层,另外,钟学奎等人分别对
Na5P3O10的加入量及负向电压对氢化锆表面防氢渗透层的影响做了研究,。但是,对于膜层与基体的结合和膜层的致密性以及致密层厚度并不理想。所以,本研究致力于通过改善氢化锆微弧氧化陶瓷层性能,以提高对基体氢化锆中氢的析出的阻挡能力。
微弧氧化作为一种等离子体电化学表面处理技术,影响微弧氧化陶瓷膜形成过程及膜层性能的因素主要包括基体成分、电解液参数、电参数等几个方面。能量参数包括电流密度、电压、频率、占空比及处理时间,溶液特性包括溶液成分、浓度、温度、电导率及PH值等。其中电解液参数的变化和电参数的变化对金属微弧氧化的临界起弧条件、陶瓷膜生长过程、陶瓷膜的组织和性能均有很重要的影响。这些因素会影响到陶瓷层的厚度、孔隙率、显微硬度及其他特性,从而影响到陶瓷层的性能。
另外,微弧氧化工艺稳定、设备较为简单、易操作和维护;满足环保要求;基体原位生长陶瓷层均匀致密、结合牢固;另外,生产周期短。诸多特点使得微弧氧化具有很大的实用价值,能够给企业带来可观的经济效益。

20世纪30年代初,Guntherschulze和Benz第一次报导了在高电场作用下,浸在液体里金属表面出现火花放电现象。,发现阳极氧化过程可分为四个阶段:传统阳极氧化、火花氧化、微弧氧化、电弧氧化四个阶段。20世纪90年代以来,美、德、俄、日等国家加快了微弧氧化或火花放电阳极氧化技术的研究步伐。我国从上个世纪90年代初开始关注此技术,日前仍处于起步阶段,先后有北京师范大学低能核物理研究所、西安理工大学、哈尔滨工业大学(包括理学院化学系、特种加工研究所)北京有色金属研究总院、湖南大学、燕山大学等单位进行了这方面的研究探讨工作,但至今还没有一个合理的模型能全面描述陶瓷膜的形成以及成膜的热力学和动力学规律。
微弧氧化技术目前还只限于Al、Mg、Ti等轻合金,对以非铁合金为基体的研究开展得很少。如何降低大规模生产的成本也是急需解决的问题。由于陶瓷膜的形成过程非常复杂,至今还没有一个合理的模型能全面描述陶瓷膜的形成,关于成膜的热力学和动力学规律
,还有待于开展深入的试验研究和理论分析,有关基体成分设计及成分对微弧氧化膜组织和性能的影响研究也较少。
对于,微弧氧化法制备氢化锆防氢渗透层的研