真空高温热氧化对铀表面抗腐蚀性能的影响

【摘要】： 本论文针对铀抗腐蚀能力提高的问题，对大气环境下表面预先氧化的金属铀进行低真空(7 Pa)加热氧化处理，使试样表面生成银白色的钝化膜(即真空热氧化膜)，利用腐蚀电化学、大气氧化和湿热腐蚀增重三种方法对不同工艺条件下处理试样的抗腐蚀性能进行考核，同时综合采用XPS、AES和XRD分析方法对真空热氧化膜的组成及结构进行了研究。 SEM形貌分析与EDS成分分析显示真空热氧化的试样表面有UC晶粒析出。在300℃～600℃范围内，表面析出的晶粒随温度升高而增多。600℃下真空热氧化20 min时的试样表面有鼓泡现象，180 min时表面有裂纹产生，60 min时的试样表面较为平整。 在50μg·g~(-1)Cl~-溶液中的腐蚀电化学测试结果表明，600℃下真空热氧化的试样自腐蚀电位相对最高，线性极化过程的电极阻力大，相对于300℃、400℃和500℃下的试样耐腐蚀能力较好。600℃的真空热氧化膜在Cl~-溶液中的浸泡初期，电化学阻抗谱显示其阻抗值明显高于未处理的试样，但浸泡时间延长至1～1.5 h之后，阻抗值迅速减小，真空热氧化膜在Cl~-溶液中不能长时间抗腐蚀。但是经真空热氧化处理后的试样置于大气环境中可长达数个月保持金属光泽，在湿热腐蚀环境下的腐蚀程度也比未处理的试样小。 真空热氧化的试样表面主要为UO_(2+x)和污染碳(或自由碳)。在深度方向，大气气氛下氧化的试样没有UC生成，真空热氧化膜中UC的含量随温度升高而增大，500℃和600℃下试样的近表面区域还出现了少量的UC_2。随着温度的升高，呈现氧向基体扩散而碳往表面析出的趋势。推测真空热氧化膜中同时存在的UO_(2+x)和UC形成了间隙固溶体，提升了金属铀的抗腐蚀能力。