通过高压釜腐蚀实验研究了添加微量S对Zr-0.70Sn-0.35Nb-0.30Fe(质量分数,%)合金在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响.利用透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察和分析了合金及腐蚀后氧化膜的显微组织.结果表明:在Zr-0.70Sn-0.35Nb-0.30Fe合金中添加5～570μg/g的S后,合金的耐腐蚀性能下降,且随着S含量的增加恶化趋势显著.S的表面偏聚、尺寸较大的Zr9S2和Zr3Fe第二相的析出,加速了氧化膜中缺陷扩散凝聚形成孔隙和微裂纹的演化过程,导致Zr-0.70Sn-0.35Nb-0.30Fe-x S合金的耐腐蚀性能较差.
对添加少量合金元素Cu和Ge的Zr-4+xCu+xGe(x=0、0.05、0.1、0.2,质量分数,%)合金在360℃/18.6 MPa/0.01 M LiOH水溶液中进行静态高压釜腐蚀试验。利用TEM和SEM研究了合金和氧化膜的显微组织。结果表明:添加适量Cu和Ge可以延缓氧化膜中微裂纹的形成,显著提高Zr-4合金在360℃/18.6 MPa/0.01 M LiOH水溶液中的耐腐蚀性能;在Zr-4+xCu+xGe合金中主要析出密排六方结构的Zr(Fe,Cr)_2和Zr(Fe,Cr,Cu,Ge)_2型第二相,随着Cu和Ge添加量的进一步提高,还会有粗大的四方结构的Zr_2Cu和Zr_3Ge第二相析出,第二相的氧化易导致应力集中并促进微裂纹形成,不利于Zr-4合金耐腐蚀性能的改善。
采用动电位扫描极化曲线、电化学阻抗谱、Mott-Schottky曲线等电化学测试方法,研究了在室温0.1 M Na_2SO_4溶液条件下,不同极化电位对锆合金钝化膜性能的影响。结果表明,锆合金表面钝化膜表现出n型半导体性质,随着极化电位的增加,锆合金钝化膜缺陷密度下降,半导体性质减弱,阻抗值增大。阻抗谱可以用RQ并联后与溶液电阻Rs串联的等效电路来拟合。在相同的极化电位下,含Nb的N18合金表面钝化膜的缺陷密度要小于出厂退火态Zr-4合金。
