锆合金初始氧化行为的原位近常压XPS研究

戴久翔 龚忠苗 徐诗彤 崔义 姚美意

引用本文: 戴久翔, 龚忠苗, 徐诗彤, 崔义, 姚美意. 锆合金初始氧化行为的原位近常压XPS研究[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 200302. doi: 10.3866/PKU.WHXB202003026 shu
Citation:  Jiuxiang Dai, Zhongmiao Gong, Shitong Xu, Yi Cui, Meiyi Yao. In Situ Study on the Initial Oxidation Behavior of Zirconium Alloys with Near-Ambient Pressure XPS[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(3): 200302. doi: 10.3866/PKU.WHXB202003026 shu

锆合金初始氧化行为的原位近常压XPS研究

    通讯作者: 崔义, ycui2015@sinano.ac.cn; 姚美意, yaomeiyi@shu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 51871141

    111引智项目 D17002

    表面物理与化学重点实验室学科发展基金 XKFZ201711

摘要: 锆基合金由于具有低的热中子吸收截面、良好的耐腐蚀性能和力学性能等优点,通常被用于水冷核反应堆中的核燃料包壳和其他结构材料。通过在合金中添加适量的Nb元素可以有效地降低锆合金的氧化速率和吸氢分数,从而改善锆合金的耐腐蚀性能。尽管对锆合金的耐腐蚀性能得到了广泛的认识,但关于其在接近真实氧化腐蚀条件下的原位研究一直是具有挑战性的课题。本工作中利用近常压X射线光电子能谱(NAP-XPS)原位研究了1.3 × 10-8 - 1.3 × 10-1 mbar (1 mbar = 100 Pa)连续分压下室温到623 K温度时两种锆基合金表面在水,氧中的初始氧化腐蚀行为。结果表明,未添加Nb和添加1%Nb的锆合金表面在初始氧化过程中锆元素都会由金属态向多种氧化态过渡。水蒸气环境下两种合金的氧化速率都要低于氧气环境。室温下无论水蒸气还是氧气环境两种合金的氧化速率都要比623 K高温情况下的慢。在623 K的氧气气氛下,未添加Nb的锆合金相较于添加1%Nb的锆合金更容易被氧化,Nb的添加一定程度上会降低氧物种的吸附能力。在室温下和623 K低水蒸气压力下,1%Nb锆合金氧化速率更快,Nb促进OH-在表面生成。而在623 K高水蒸气压力下,未添加Nb的锆合金有更易于被氧化的倾向,Nb在高温下向表面扩散并抑制OH-键的断裂,但两种样品表面短时间内都无法被完全氧化。

English

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  • 发布日期:  2022-03-15
  • 收稿日期:  2020-03-11
  • 接受日期:  2020-04-10
  • 修回日期:  2020-04-09
  • 网络出版日期:  2020-04-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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