铀及其合金的氢蚀会严重影响其使用性能,为抑制氢化腐蚀,需要深入理解氢化腐蚀行为特征及其深层次机理。本文利用气固反应系统,采用PVT法结合体视显微镜原位观察铀铌合金的氢蚀,利用X射线衍射(XRD)、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电镜(SEM)等,对比分析了淬火铀铌合金及缓冷双相U-2.5wt.%Nb合金显微组织结构的异同,初步获得了铌含量对淬火态铀铌合金的氢化行为的影响规律,并发现铀铌合金显微组织结构与氢化初期形核有一定的关联,具体结论如下:(1)系统研究了合金化元素铌对淬火铀铌合金的微观组织结构的影响。对名义Nb含量分别为1、2、2.5、4、5、5.7、7 wt.%的7种淬火态铀铌合金分析表征显示:U-1wt.%Nb、U-2wt.%Nb合金淬火后主要为α’相的针状马氏体;淬火态U-2.5wt.%Nb合金的微观组织结构为针状马氏体和板条马氏体混合的α’相;U-4wt.%Nb、U-5wt.%Nb和U-5.7wt.%Nb合金的淬火态为板条马氏体遍布的α”相;而淬火U-7 wt.%Nb合金则主要表现为板条马氏体γ0相。(2)初步揭示了合金化元素铌对淬火态铀铌合金氢蚀行为的影响。研究表明,就总体趋势而言铌含量的增加会提高铀铌合金的耐蚀性,而对铌含量增加的不同阶段而言又各有不同。共分为四个阶段:第一阶段为低浓度合金,如U-1wt.%Nb、U-2wt.%Nb的氢蚀,在这个范围内的合金中Nb的含量非常少,因此Nb含量的影响比较显著;第二阶段为U-2.5wt.%Nb,该合金为针状马氏体和板条马氏体的混合,界面缺陷比较高,为降低界面能在界面处形成了大量适配位错,而位错作为优先形核位点导致该合金在氢蚀初期形成大量优先形核位点,故而氢蚀较快;第三阶段为U-4wt.%Nb、U-5wt.%Nb的氢蚀,该阶段Nb的含量已较高,反应明显减慢;直至第四阶段U-5.7wt.%Nb和U-7wt.%Nb,Nb含量已很高,淬火铀铌合金的氢化腐蚀已较难发生。(3)进一步探讨了缓冷双相U-2.5wt.%Nb合金组织结构对氢化行为影响研究。研究表明,缓冷态双相U-2.5wt.%Nb合金的氢蚀很快,且只形成“大形核点”,即发生形核后均后迅速长大。在缓冷态双相U-2.5wt.%Nb合金表面,贫铌α相的氢蚀速率要大于富铌γ1-2相而优先发生氢化腐蚀,并随着反应时间的延长,相间于α相之间的γ1-2相也相继发生氢蚀而连成一片迅速长大。即双相U-2.5wt.%Nb合金的氢蚀具有优先形核位点:贫铌α相。氢蚀后试样亚表层发生氢渗透形成氢扩散区,该区域材料性质发生改变,但尚未达到生成UH3的临界浓度而未相变,其硬度和弹性模量均低于基体。(4)初步考察了表面粗糙度对铀氢化行为的影响。对表面粗糙度不同的缓冷态双相U-2.5wt.%Nb合金进行氢化反应发现,试样表面粗糙度越低,则氢蚀越缓慢;反应生成氢化物的生长具有择优取向行为,且氢蚀优先在砂纸打磨形成的峰谷位置形核,初步分析认为峰谷和峰底的应力分布差异是可能的诱因。