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缓蚀剂对铀及铀钛合金腐蚀行为的影响

作　者: 蔡定洲
导　师: 桑革
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 核燃料循环与材料
关键词: 铀铀钛合金电化学法失重法缓蚀剂钝化膜
分类号: TL214.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

铀及铀合金是重要的核能材料,但其腐蚀问题备受关注,如何有效提高铀及铀合金的抗腐蚀性能,是核能材料性能长期稳定的重要保证。虽然铀及铀合金表面镀层防护技术在铀材料的防腐蚀中应用较广,但仍存在诸多问题未能解决,比如膜基结合力问题,镀层耐用性问题等。另外铀合金的抗腐蚀性能虽然好于金属铀,但在高湿度的环境中依然存在严重的腐蚀问题,尤其是在含氯离子的环境中腐蚀尤为严重。鉴于缓蚀剂在金属材料防腐蚀中的广泛应用及具有成本低、使用方便、效果好等优点,本文通过电化学和失重法两种测试方法,结合不同表面分析技术,研究阳极钝化型缓蚀剂对铀及铀钛合金腐蚀行为的影响。开展这方面的研究工作,为发展缓蚀剂在核能材料防腐蚀工程中的应用,特别是在加工、表面处理、贮存等方面提供有益的帮助。本文采用线性极化、动电位极化和交流阻抗等电化学测试方法,分别研究阳极钝化型缓蚀剂亚硝酸钠、钼酸钠、铬酸钠及与其它缓蚀剂复合对贫铀和铀钛合金在腐蚀溶液中的缓蚀作用。结果表明：1)高浓度的亚硝酸钠虽然对贫铀具有良好的抗点蚀作用,但是当贫铀表面钝化膜破裂时,将加速基体的腐蚀溶解速度；亚硝酸钠与三乙醇胺(TEA)复配后缓蚀效果更明显,其最佳配比为1g/LNaNO2+10mI/LTEA。2)不同浓度的钼酸钠对铀的点蚀诱导期存在影响,点蚀诱导期随浓度的增大而增大,但过低的浓度将加速铀表面点蚀的形成；钼酸钠与硅酸钠和TEA复配,能够增大贫铀的钝化区,降低钝化电流密度,提高钝化膜的破裂电位,其最佳配比为1g/LNa2MoO4+0.2g/L Na2SiO3+10ml/LTEA。3)铬酸钠与钼酸钠复配,存在明显的协同效应,可以降低铬酸钠的用量,提高对铀钛合金的缓蚀效率,配比为100mg/L Na2CrO4+200mg/L Na2MoO4对铀钛合金的缓蚀效率可达99.8%。失重法测试结果表明,在自来水中分别加入亚硝酸钠、钼酸钠及其复合缓蚀剂,温度对缓蚀效率存在较大的影响。温度为85℃时,亚硝酸钠的缓蚀作用最明显。虽然钼酸钠在自来水温度低于85℃时,缓蚀效率高于亚硝酸钠,但当自来水温度达到85℃时,对贫铀没有缓蚀作用,反而加速贫铀的腐蚀。对于铀钛合金来说,在200mg/L NaCl溶液中加入复合缓蚀剂100mg/L Na2CrO4+200mg/L Na2MoO4,即使溶液温度上升到85℃,缓蚀效率依然能达到94%以上。扫面电子显微镜(SEM)分析结果表明,亚硝酸钠与钼酸钠均能促进贫铀表面钝化膜的致密性,铝酸根易吸附于表面腐蚀活性区。拉曼光谱分析结果表明,铀及铀钛合金在不同测试溶液中腐蚀后的氧化物主要为UO2；而X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明,铀及铀钛合金表面铀的氧化物存在两种形式,最外层为超化学计量的U02+x,厚度小于3nm,内层为化学计量的UO2。表面分析结果表明,加入缓蚀剂后,样品表面形成的钝化膜组成和结构发生明显改变；Cr2p谱的Lorentzian-Gaussian拟合结果表明铬酸钠在铀钛合金最外层形成Cr203、CrO3、CrOOH等多种铬化合物。这些成分能够增强钝化膜的致密性,有效阻碍氯离子的点蚀作用.铬酸钠与钼酸钠复配对铀钛合金具有优异的缓蚀性能,有望将这种复合缓蚀剂用于铀钛合金的表面钝化处理及加工冷却水中的添加剂。

缓蚀剂对铀及铀钛合金腐蚀行为的影响

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