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题名预氧化处理对锆合金包壳冲击-切向磨损行为的影响
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作者
王俊
蔡振兵
雷宇杰
李正阳
朱健健
宁坡
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机构
中国民用航空飞行学院航空工程学院
西南交通大学摩擦学研究所
四川天府轻型动力科技有限公司
中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室
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出处
《表面技术》
北大核心
2025年第19期53-62,84,共11页
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基金
国家自然科学基金青年科学基金(12202465)
四川省自然科学基金青年科学基金(2025ZNSFSC1344)
中央高校基本科研业务费专项资金(25CAFUC04017)。
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文摘
目的流致振动诱发的微动磨损是导致锆合金包壳失效的主要因素,揭示多维度耦合模式下包壳的磨损机理、延长其服役寿命是安全发展核能亟须解决的重点问题。研究核用Zr-Sn-Nb合金包壳在不同冲击能量下的冲-切磨损行为,以及预氧化处理对其耐磨性能的提升机制。方法采用特制高压釜对锆合金包壳进行预氧化处理,在其表面制备ZrO2层。利用特制的冲击-切向磨损试验设备进行冲切磨损试验,获取包壳在不同冲击能量下的冲切磨损规律,揭示预氧化处理技术对其抗磨损性能的提升机制。结果经预氧化处理后,包壳硬度为233.5HV0.2,相较于基体(191.0HV0.2)提高了22.3%,表面粗糙度为0.306μm,相较于基体(0.458μm)降低了33.2%。当E_(I)=3.60 mJ时,预氧化包壳的冲击回弹速度、能量和冲击力略高于基体,而能量吸收率、切向摩擦力、摩擦因数和磨损体积相较于基体分别由39.1%、53.9 N、0.59、8.45×10^(5)μm^(3)降至37.7%、44.90 N、0.39、8.01×10^(5)μm^(3)。结论随着冲击能量的增加,基体的磨损机制由磨粒磨损和轻微疲劳磨损转变为以分层为主;预氧化涂层有效改善了包壳的表面质量,硬度升高,粗糙度降低,分别降低了冲切过程中的能量吸收率和切向摩擦因数,使其磨损机理转变为以轻微磨粒磨损和疲劳磨损为主,有效提高了其抗冲切磨损性能。
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关键词
燃料棒
锆合金
预氧化
冲-切磨损
耐磨性
磨损机理
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Keywords
fuel rod
zirconium alloy
pre-oxidation
impact-sliding wear
wear resistance
wear mechanism
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分类号
TH117.1
[机械工程—机械设计及理论]
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