鋯合金中氫化物的微觀力學性能

張 誠, 劉敬茹, 楊 云, 宋西平(北京科技大學， 北京 100083)

鋯合金中氫化物的微觀力學性能

張 誠, 劉敬茹, 楊 云, 宋西平
(北京科技大學， 北京 100083)

通過吸氫試驗在軋制退火態Zr-4鋯合金表面制備了氫化物，并使用X射線衍射儀對其物相組成進行了分析，然后使用納米力學探針結合掃描電鏡觀察研究了Zr-4鋯合金中析出氫化物的微觀力學性能。結果表明：Zr-4鋯合金中析出的氫化物主要為δ-氫化物，其斷裂韌度KIC為(1.93±0.29) MPa·m0.5，遠低于α-Zr相的；其楊氏模量為95.113 GPa，與α-Zr相的相當；同時測得該δ-氫化物的納米硬度為4.047 GPa，高于α-Zr相的；說明Zr-4鋯合金中析出的δ-氫化物為硬脆相。

鋯合金;氫化物;微觀力學性能;納米力學探針;斷裂韌度；楊氏模量；硬度

鋯合金以其較小的熱中子吸收截面、優異的力學性能以及耐腐蝕性能等特性，常被用作核反應堆的包殼材料[1-2]。在其服役過程中，靠水一側會與高溫高壓水汽發生氧化腐蝕反應，生成氧化鋯的同時釋放出氫原子。一部分氫原子結合成氫分子釋放在水汽中，而另一部分氫原子則被鋯合金吸收。隨著時間的延長，吸收的氫原子數量逐漸增加，當其含量超過氫在鋯合金中的固溶度時，則會依次析出δ-氫化物及ε-氫化物。析出的氫化物會導致鋯合金的脆化[3]，并促進裂紋的形成及擴展[4]，因此研究氫化物的力學性能對掌握和改善鋯合金的吸氫脆化具有重要意義，已經受到了國內外研究人員的極大關注。Beevers C J等[5]研究了鋯合金中不同類型氫化物的拉伸性能，發現氫化物在100 ℃以下表現出較大的脆性。……