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氚在不锈钢中的体扩散行为

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-14  浏览次数:23 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网讯息汇总:不锈钢和电解着色膜在不同溶液中的阳极极化曲线由图可知,304不锈钢在3种介质中呈钝化状态,而电解着色

  中华不锈钢网讯息汇总:不锈钢和电解着色膜在不同溶液中的阳极极化曲线由图可知,304不锈钢在3种介质中呈钝化状态,而电解着色膜虽无钝化的趋势,但其腐蚀电位比未经着色处理的钢正。电解着色膜在上述3种溶液中腐蚀电位分别比未经着色处理的钢正1200mV、1100mV和600mV可见电解着色膜的形成改善了阳极极化行为,使阳极极化到高电位区时,才处于活性溶解状还是在碱性介质中腐蚀电位均呈上升趋势,显着提高了膜层的电化学稳定性能。
  
  电解着色膜的孔蚀电位均比未经着色处理的304不锈钢高,因此,其耐孔蚀性得以提高。
  
  不锈钢电解着色前后在不同溶液中的孔电位比较°C的30%FeCl3溶液中浸泡2h后,评价了其耐蚀性能。结果表明,未经着色处理的304不锈钢的腐蚀率为180g/m2°h电解着色膜的腐蚀率为70g/m2°h经表面观察,2h内着色膜层无颜色变化和脱落现象,说明膜层有效地阻滞了孔蚀的成长和蚀坑的扩展,具有较好的耐蚀性。
  
  边界条件由Sievert定律确定,即表面浓度与氚压力的平方根成正比:一般认为,氢同位素在结构材料中的溶解度系数S、扩散系数D、渗透率Y在本实验温度范围内随温度变化是一热激活过程,因而符合Arrhenius定律,可用Arrhenius公式表示:按照经典热力学的谐振动理论,氢同位素在材料中的扩散系数、渗透率与自身的质量数平方根成反比修正溶解度系数即可进行计算。
  
  计算中引用的不锈钢中氢同位素的扩散数据型号arefromreference〔4〕);3)由于不同作者的溶解度数据差别较大,根据的实测值对S.作了修改(becausethesolubility 22实测与计算结果分析673K充氚、时效690d的316L型不锈钢圆柱样中不同形态氚分布的测量与计算结果Fig.3 Distribution(ftritium 1013K充氚、时效1 050d的316L型不锈钢圆柱样中不同形态氚分布的测量与计算结果3个不锈钢试样中,标准状态下的氚气(或氦-3)体积与金属基体体积比(Y)的测量值和计算值示于~7.~5表明,氚浓度宏观分布的计算结果基本反应了总氚浓度的分布趋势。这说明测量结果与计算方法可信,表2中扩散系数的引用以及溶解度数据的修正比较合理。由于不锈钢表面存在Cr、Fe、Ni等金属的氧化物层,高温充氚时,其阻氢作用可以忽略,而低温时效阶段,这层氧化膜将阻止氚从表面向外逸出,计算中又直接将表面浓度设为零,没有考虑氧化层的影响,因此,表面附近氚浓度的实测值高于计算值。说明,在1 673K充氚、时效540d的22-1>5不锈钢圆柱样中不同形态氚分布的测量与计算结果三个试样充氚结束、时效前氚分布的计算结果氚8h,能使直径为8mm高为5mm的316L型不锈钢试样中的氚浓度各处达到饱和,而在673K下充氚8h却不能使同样尺寸的316L型、22-135型不锈钢样品中氚浓度在内部各处均达到饱和。
  
  是3个试样充氚结束时氦-3分布的计算结果,与各自总氚浓度分布的趋势十分相似。可见,高温充氚决定了样品中氚、氦浓度分布的基本趋势。较长时间的室温时效,除表面附近较薄层的氚部分逸出样品外,其余位置的氚基本上只发生衰变成氦-3的损失氦-3浓度分布由此产生。
  
  三个试样充氚。时效后氦-3分布的计算结果3个样品的实测结果表明:非固溶氚“的含量与”固溶氚“相当或前者比后者大数倍,这与Hirabayashi等的结论不同。在他们的实验中,气态氖的含量比蚀刻液中的氚低两个数量级。
  
  这种差异主要在于样品的历程上。他们的含氚不:镑钢样品是在氚压10kPa左右、室温、数天的条件下充氚,而且未经时效。氚以在室温、10kPa左右压力下的溶解度为限进入样品,这种溶解度是真正的固溶氚的溶解度,蚀刻时又同处于室温,未经时效,所以固溶氚是试样中氚的主要形式。而本实验的试样都是经过高温充气、室温时效的,充气时,氚以高温、当时压力下的溶解度为限大量进入试样,并以固溶形式存在于晶格间隙位置,在室温时效期间,固溶氚过饱和,超过溶解度的部分将聚集在各种陷阱(晶界、位错、夹杂、孔洞、微小裂纹等缺陷)位置,以分子(氢同位素分子或与碳形成甲烷)形式存在,或在位错簇以多个氚原子形式形成所谓的“含氚原子气团”,它们都是产生可在电镜下观测到的气泡的主要来源,也是引起材料氢脆的主要原因之一。蚀刻时,蚀刻条件是不能拆开H―H或C一H键使它们进入溶液的,而只能以分子形式被气体取样器收集。从3个试样的固溶氚分布来看,基本上都呈较平的线,而非溶解氚则由于被氢陷阱俘获,而陷阱本身也存在分布问题,所以非溶解氚上下波动,个别点甚至很大(如在1013K下充氚的316L型试样)总体上决定了氚的分布趋势,与计算结果相符。
  
  中华不锈钢网讯息汇总:本研究发现,22-135型不锈钢较316L型更能溶解氢同位素。前者的总氚和固溶氚分别是相同条件充氚316L型的3倍、6倍左右。673K下充氚的22-13-5型甚至比1013K下充氚的316L型的氚平均含量还要高,而内部尚未达到饱和。这就说明,22-13-5型不锈钢的阻氢性能较316L的差。关于这种差别,目前解释比较困难。褚武扬等认为Cr、Ni含量的增加,将导致氢同位素的溶解度增加,这与本实验结果一致;而Tanabe等则认为Ni、Cr含量(尤其是Cr)的增加,将引起溶解度的降低。
  
  3结论计算结果与实测值比较吻合,说明测量与计算方法可以用来研究不锈钢圆柱体试样中的氚浓度及分布。
  
  室温时效过程中,氚在不锈钢中的扩散极为缓慢,氚浓度的改变主要通过衰变损失,材料表面氧化层将阻止氚的逸出。
  
  中华不锈钢网讯息汇总:经数小时高温充氚、较长时间室温、空气中时效的不锈钢样品,真正固溶在晶格中的氚量以室温时的溶解度为限,其余的则以“非固溶氚”的形式被附近的氢陷阱捕获,量值可比晶格中的溶解氚大许多倍。

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