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微量Y对FeCrAl合金包壳力学与氧化性能的影响

         
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FeCrAl合金包壳作为事故容错燃料(Accident Tolerant Fuel,ATF)中长期可商用的技术途径得到了广泛关注。本文旨在研究微量Y对FeCrAl合金包壳力学与氧化性能的影响。采用光学显微镜观察FeCrAl和FeCrAlY合金晶粒尺寸和微观形貌。采用爆破试验机和热重分析仪开展内压爆破试验和高温水蒸气氧化试验。采用X射线衍射仪(X-ray Diffractometry,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和能量色散谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)观察FeCrAl和FeCrAlY合金氧化产物成分、表面及截面氧化产物形貌,并对其成分进行分析。研究结果表明:微量Y主要固溶到FeCrAl合金包壳基体中,未形成Fe-Y第二相;固溶到FeCrAl合金包壳基体中的Y未对室温到1000℃内压爆破强度和破口形貌产生影响;但添加微量Y显著改善了FeCrAl合金包壳的耐高温水蒸气氧化性能,800℃、1000℃和1200℃水蒸气氧化8 h条件下,氧化增重量分别下降65.1%、60.0%和31.5%。相比于FeCrAl合金包壳表面单一的Al2O3氧化膜,FeCrAlY包壳表面形成了内部应力更低、致密性更高、且与基体结合力良好的含Y复合氧化膜。由此可见,微量Y的添加对FeCrAl合金的内压爆破性能未产生显著影响,但耐高温水蒸气氧化性能得到显著提高。

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