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鋯合金熱中子吸收截面小，且在300-400℃范圍的高溫高壓水蒸氣中具有良好的抗腐蝕性能和力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于水冷反應(yīng)堆中的包殼材料和結(jié)構(gòu)材料在堆內(nèi)苛刻的服役環(huán)境中。鋯合金表面的狀況對(duì)均勻腐蝕性能影響很大、粗糙，污染和劃傷的表面更會(huì)加速堆內(nèi)服役鋯合金表面的腐蝕速率。在實(shí)際鋯合金結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)過(guò)程中，采用酸洗處理方式可消除鋯合金粗糙。污染以及劃傷等表面缺陷，然而酸洗液中的氫氟酸與鋯合金反應(yīng)生成一氟化鋯絡(luò)合物殘留，簡(jiǎn)稱(chēng)氟殘留。堆內(nèi)元件破損直接由氟化物引起的，文獻(xiàn)中曾發(fā)現(xiàn)內(nèi)包殼向外孤立穿透性腐蝕，可能與包殼的氟污染有關(guān)。基于鋯合金苛刻的服役環(huán)境，所以深入研究酸洗工藝對(duì)氟殘留的影響，采用有限元分析已經(jīng)成為核結(jié)構(gòu)材料安全工作者的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。
由于鋯合金管材酸洗過(guò)程中集化學(xué)反應(yīng)和流體力學(xué)于一體，工藝參數(shù)的各影響因素交互作用非常復(fù)雜，難以用常規(guī)的非線(xiàn)性擬合手段對(duì)其結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)描述。近年來(lái)，快速發(fā)展的有限元技術(shù)已廣泛應(yīng)用于材料加工行業(yè)中，為研究材料加工過(guò)程提供一種有效的手段。這是一種為求得偏微分方程邊值問(wèn)題近似解的數(shù)值技術(shù)。通過(guò)變分方法，使得誤差函數(shù)達(dá)到最小值并產(chǎn)生穩(wěn)定解目前對(duì)鋯合金管材酸洗工藝的研究主要集中在酸洗去除量、酸水轉(zhuǎn)換時(shí)間、沖水時(shí)間等常規(guī)酸洗工藝參數(shù)及酸洗后除氟工藝的研究。而對(duì)于管徑尺寸、取樣位置、沖水溫度以及缺陷深度對(duì)鋯合金內(nèi)表面氟殘留的影響鮮有人報(bào)道。
本研究在常規(guī)鋯合金管材酸洗工藝參數(shù)下，研究ZR-4合金管材酸洗過(guò)程中管徑尺寸、取樣位置、沖水溫度及缺陷深度對(duì)氟殘留的影響。并利用有限元法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論分析，為研究ZR-4合金管材酸洗工藝優(yōu)化，消除氟殘留提供一定的理論基礎(chǔ)。
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