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核动力工程 2023年第S1期44卷 F0002-F0002页

作者：无反应堆燃料及材料重点实验室

核能是未来清洁能源体系中重要组成部分,是满足未来能源安全及实现“碳达峰、碳中和”目标的重要战略途径。反应堆燃料与材料是反应堆的核心技术,是先进核能发展的物质基础和技术先导,也是核动力领域研究的前沿与热点。

关键词：重点实验室能源安全碳中和战略途径清洁能源核能发展技术先导核心技术

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锆合金氧化膜及基体中氧的扩散

原子能科学技术 2024年第1期58卷 175-180页

作者：张君松吴军廖京京韦天国龙冲生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610041

锆合金氧化膜及基体中氧的扩散系数是锆合金腐蚀动力学中的重要参数,目前文献报道的氧在锆及氧化膜中的扩散系数数值差异较大。本文通过真空退火试验,得到不同温度下氧化膜中氧浓度分布,计算了氧在锆合金基体中的扩散系数;通过氧化膜的... 详细信息

锆合金氧化膜及基体中氧的扩散系数是锆合金腐蚀动力学中的重要参数,目前文献报道的氧在锆及氧化膜中的扩散系数数值差异较大。本文通过真空退火试验,得到不同温度下氧化膜中氧浓度分布,计算了氧在锆合金基体中的扩散系数;通过氧化膜的等效扩散模型,由腐蚀转折前的腐蚀增重曲线,估算锆合金氧化膜中氧的扩散系数,得到Zr-Sn-Nb合金基体中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_(Zr)(cm^(2)/s)=0.18exp(-180 000/RT);通过转折前的腐蚀增重曲线,估算得到氧化膜中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_(ox)(cm^(2)/s)=3×10^(-7)exp(-101 550/RT)。

关键词：锆合金锆基体氧化膜扩散系数

梯度结构金属材料的制备方法和力学性能研究进展

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材料导报 2024年第15期38卷 13-24页

作者：高瑞泽王亚强张金钰杨红艳刘刚孙军西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049 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

金属结构材料是保障国防建设、航空航天和机械工程等领域快速发展的物质基础,向其中引入梯度组织可以使不同尺寸的结构单元相互协调作用,突破单一均质材料的性能短板,有效改善金属材料的综合服役性能。本文围绕近几年国内外梯度结构金... 详细信息

金属结构材料是保障国防建设、航空航天和机械工程等领域快速发展的物质基础,向其中引入梯度组织可以使不同尺寸的结构单元相互协调作用,突破单一均质材料的性能短板,有效改善金属材料的综合服役性能。本文围绕近几年国内外梯度结构金属材料的相关研究和进展,首先介绍了梯度结构金属材料的制备方法和工艺原理,并总结了其优点与局限性;其次对梯度金属材料的微观组织结构进行了阐释,论述了梯度结构金属材料的服役性能特点,包括强度、塑性、摩擦磨损性能、疲劳损伤性能和耐腐蚀性能,提出了调控梯度结构金属材料服役性能的优化策略;最后对其未来研究方向和面临的挑战进行了展望。

关键词：梯度结构金属材料微观组织制备方法力学性能疲劳性能腐蚀性能

硅含量对9Cr-1.5W钢在550℃下蠕变性能的影响

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机械工程材料 2024年第1期48卷 60-65页

作者：何琨陈乐李刚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

在550℃下对硅质量分数分别为0.34%,0.60%,0.90%的9Cr-1.5W钢进行拉伸试验以及不同应力下的蠕变试验,研究了硅含量对试验钢高温拉伸性能和蠕变性能的影响。结果表明:随着硅含量的增加,试验钢在550℃下的屈服强度和抗拉强度均降低,但断... 详细信息

在550℃下对硅质量分数分别为0.34%,0.60%,0.90%的9Cr-1.5W钢进行拉伸试验以及不同应力下的蠕变试验,研究了硅含量对试验钢高温拉伸性能和蠕变性能的影响。结果表明:随着硅含量的增加,试验钢在550℃下的屈服强度和抗拉强度均降低,但断后伸长率增大,应变硬化指数先升后降,含质量分数0.60%硅的试验钢具有最大的应变硬化指数;含质量分数0.60%硅的试验钢在不同应力下均具有较长的蠕变时间,表现出最佳的高温蠕变性能,应力指数最小,最小蠕变速率对外加应力敏感性最低;试验钢的蠕变行为均受位错攀移控制。

关键词： 9Cr-1.5W钢高温蠕变硅元素铁素体相

氢含量对锆合金蠕变-疲劳行为的影响及机理研究

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有色金属工程 2024年第4期14卷 43-50页

作者：陈乐许江涛王朋飞李顺平戴训刘肖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

针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时... 详细信息

针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时间30 s以上时无明显影响;保持时间对渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能无影响。不同保持时间下,未渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能最好,0.04%氢含量试样的性能最差,0.005%氢含量在高应变水平(高滞回能)下的抗蠕变-疲劳性能弱于0.02%氢含量试样,而在低应变水平区域优于0.02%氢含量试样。氢含量的影响机理为:固溶氢可提高蠕变-疲劳寿命,氢化物可降低蠕变-疲劳寿命;0.04%氢含量试样中氢化物起主导作用,导致其蠕变-疲劳性能最差。

关键词：锆合金蠕变-疲劳渗氢滞回能

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Cr涂层对Zr-4合金蠕变行为的影响

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第5期34卷 1533-1546页

作者：左鼎杜沛南罗威陈寰王昱韦天国张瑞谦刘会群中南大学材料科学与工程学院长沙410083 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 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

报道化学气相沉积Cr涂层对Zr-4合金蠕变性能的影响以及Cr涂层在服役温度下的热稳定性。利用扫描电镜、电子探针显微分析和电子背散射衍射研究样品的显微组织。结果表明:样品Zr-4基体中晶粒呈等轴状,存在明显的//ND织构。蠕变后涂层样品... 详细信息

报道化学气相沉积Cr涂层对Zr-4合金蠕变性能的影响以及Cr涂层在服役温度下的热稳定性。利用扫描电镜、电子探针显微分析和电子背散射衍射研究样品的显微组织。结果表明:样品Zr-4基体中晶粒呈等轴状,存在明显的//ND织构。蠕变后涂层样品的Zr-4合金基体中亚晶界数量明显低于无涂层样品Zr-4合金基体中亚晶界数量,表明Cr涂层显著降低了Zr-4合金基体在蠕变过程中承载的应力,提高了合金的抗蠕变性能。Cr涂层在长时间扩散实验中保持高稳定性。涂层在高蠕变应力下(350℃时不小于157 MPa,400℃时不小于137 MPa)出现裂纹。系统总结蠕变断裂的数据,得到了关于稳态蠕变速率与蠕变断裂时间的Monkman-Grant关系式。

关键词： Zr-4合金 Cr涂层蠕变行为显微组织热稳定性

FeCrAl合金管材温轧组织演变及力学性能

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热加工工艺 2024年第12期53卷 110-115页

作者：王玉容潘钱付王馨敏吴裕姚力夫张瑞谦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610213

对FeCrAl挤压管坯进行两道次温轧及退火热处理,分析了温轧及退火过程的组织演变及力学性能。结果表明:在本研究成分的FeCrAl合金管材温轧过程中,富含Nb、Ta、Mo元素的大尺寸不规则第二相颗粒破裂断开形成微裂纹、孔洞等缺陷;温轧过程变... 详细信息

对FeCrAl挤压管坯进行两道次温轧及退火热处理,分析了温轧及退火过程的组织演变及力学性能。结果表明:在本研究成分的FeCrAl合金管材温轧过程中,富含Nb、Ta、Mo元素的大尺寸不规则第二相颗粒破裂断开形成微裂纹、孔洞等缺陷;温轧过程变形不均匀,近外表变形程度高于近内表,由外至内硬化程度降低;经过退火后显微组织不均匀,由再结晶组织和变形组织组成,近外表再结晶程度高于近内表;一道次温轧管材850℃/1 h退火后完成大部分再结晶,抗拉强度为679 MPa,屈服强度为469 MPa,伸长率为27.75%,二道次温轧管材800℃/1 h退火后,由于退火温度不够,仅完成回复和局部再结晶,伸长率降低,抗拉强度为725 MPa,屈服强度为571 MPa,伸长率为19.50%。

关键词： FeCrAl合金管材温轧组织演变力学性能

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导热绝缘高密度聚乙烯复合材料的制备与性能

高分子材料科学与工程 2024年第5期40卷 39-46页

作者：王贯春李瑶李吉祥周生态梁梅邹华维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四川成都610041 四川大学高分子研究所高分子材料工程国家重点实验室四川成都610065

文中采用片层状绝缘导热六方氮化硼(h-BN)和高导热导电铜粉(Cu)复配填充来提升高密度聚乙烯(HDPE)的导热性能。控制导热填料总体积分数为30%,通过改变h-BN和Cu在HDPE中的复配比例,实现复合材料中导热网络通路的构建。扫描电镜结果表明,h... 详细信息

文中采用片层状绝缘导热六方氮化硼(h-BN)和高导热导电铜粉(Cu)复配填充来提升高密度聚乙烯(HDPE)的导热性能。控制导热填料总体积分数为30%,通过改变h-BN和Cu在HDPE中的复配比例,实现复合材料中导热网络通路的构建。扫描电镜结果表明,h-BN进入Cu粉无法占据的HDPE基体,起到桥梁作用。h-BN通过连接其周围的Cu粒子,促进了HDPE内部导热网络的形成与构筑。Hot Disk测试结果表明,随着h-BN/Cu比值增加,HDPE复合材料导热系数增大。当V(h-BN):V(Cu)≤1时,大片径h-BN_(30)/Cu体系的热导率高于小片径h-BN_(05)/Cu改性体系;与之相反,当V(h-BN):V(Cu)>1时,相对于大片径h-BN_(30),小片径h-BN_(05)对复合体系热导率的贡献更明显。通过调控h-BN与Cu的含量,实现了在抑制导电网络形成的前提下大幅改善复合材料的导热性能。其研究工作为导热绝缘复合材料的设计制备提供参考。

关键词：高密度聚乙烯氮化硼铜粒子导热网络协同效应

氧化石墨烯掺杂UO_(2)芯块制备工艺及性能研究

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核技术 2024年第6期47卷 168-176页

作者：温丰杜江平赵雨梦杨宁邵宗义刘伟蔡振方中核反应堆辐照特种元件制备工艺重点实验室包头014035 中核北方核燃料元件有限公司包头014035

氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)掺杂改性二氧化铀(UO_(2))芯块是高性能核燃料研究的重点方向之一。为实现GO在UO_(2)芯块中的均匀分布及掺杂量的有效控制,利用固-液混合法和重铀酸铵(Ammonium Diuranate,ADU)共沉淀法制备了不同GO掺杂量... 详细信息

氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)掺杂改性二氧化铀(UO_(2))芯块是高性能核燃料研究的重点方向之一。为实现GO在UO_(2)芯块中的均匀分布及掺杂量的有效控制,利用固-液混合法和重铀酸铵(Ammonium Diuranate,ADU)共沉淀法制备了不同GO掺杂量的UO_(2)粉末,研究了制粉方法及GO掺杂量对GO在UO_(2)中混合均匀性的影响。采用放电等离子烧结制备了不同GO掺杂量的UO_(2)-GO芯块,探索了不同烧结参数的影响,并对燃料芯块的性能进行测试。结果表明,固-液混合法制备的GO掺杂UO_(2)粉末混合均匀度更好;放电等离子烧结得到的UO_(2)-GO芯块密度最高可达97.6%T.D.;GO掺杂量为1.5 wt.%的芯块在1000℃下的热导率较常规UO_(2)芯块提高了85.9%;制备的UO_(2)-GO芯块晶粒尺寸较为均匀,GO均匀分布在晶界处并形成了桥联导热网络,有效提升了掺杂芯块的热导率。

关键词：氧化石墨烯掺杂改性 UO_(2)芯块固-液混合法放电等离子烧结热导率

CLA16F/M钢燃料元件电磁渐进成形规律及精确控制研究

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稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 234-241页

作者：郑勇邱绍宇魏连峰严思梁程实建陈高詹姚力夫田大容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610213 合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

基于LS-DynaR8.0软件平台建立CLA16F/M钢燃料元件电磁渐进成形电磁场-结构场顺序耦合有限元-边界元模型,对不同放电电压、内外管间隙以及外管壁厚条件下燃料芯体多道次电磁渐进成形过程进行仿真分析与样件试制,研究其局部塑性流动及缺... 详细信息

基于LS-DynaR8.0软件平台建立CLA16F/M钢燃料元件电磁渐进成形电磁场-结构场顺序耦合有限元-边界元模型,对不同放电电压、内外管间隙以及外管壁厚条件下燃料芯体多道次电磁渐进成形过程进行仿真分析与样件试制,研究其局部塑性流动及缺陷形成规律,并多方位表征其成形质量。结果显示过大的放电电压会导致变形区域向集磁器两端集中,覆管与基管碰撞加剧,引发截面畸变;过小的放电电压无法激发覆管与基管碰撞、变形与贴合,从而导致连接失效。合理选择覆管-基管间隙可以有效避免失稳起皱与壁厚不均匀缺陷。经过模拟燃料元件电磁渐进成形多参数优化,实现了全流程高质量精确成形与缺陷控制,试件覆管-基管贴合精度达到10μm。

关键词：燃料元件 CLA16铁马钢电磁渐进成形成形缺陷