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本文研究了Zr-4合金腐蚀热力学机理及离子辐照对其耐蚀性能的影响。通过编写计算物质标准生成自由能的“NMBCY程序”，推算出Zr-H2O体系各反应物浓度、溶液pH值和电极电位的关系，绘制了不同温度条件下Zr-H2O系理论E-pH平衡图，并首次建立其温度-E-pH三维平衡图。通过纯锆在不同温度、不同pH值溶液、有无离子注入、不同注入剂量等条件下的动电位极化曲线研究，建立了不同条件下Zr-H2O系动力学实验E-pH平衡图，并将之与热力学理论E-pH平衡图进行了比较分析。研究结果表明，相同条件下的实验E-pH图与理论E-pH图在本质上符合得较好，它们从不同角度分析了锆金属在不同条件下发生腐蚀反应的可能性和难易程度，为预测锆合金材料的耐腐蚀性能、选用适当种类的离子进行锆合金的离子辐照研究，提供了理论依据和途径。
本文用MEVVA源进行铈、铌离子注入，研究离子注入剂量对Zr-4合金抗腐蚀性能的影响。铈、铌离子注入均能提高Zr-4合金的耐腐蚀性能。在离子注入实验范围内，随着注入剂量的增大，铈离子注入对Zr-4合金抗腐蚀能力改善的程度逐渐减弱，而铌离子注入Zr-4合金(经550℃温度的退火)可使电化学耐蚀性能不断增强。空气氧化实验、X光电子能谱(XPS)分析、扫描俄歇电子探针(AES)分析和小角X光衍射(GAXRD)分析表明，铈离子注入样品经空气氧化后，在氧化表层生成CeO2，使得ZrO2从单斜相向六方相发生转变，从而提高Zr-4合金的耐氧化性能。在实验范围内，铈离子注入剂量越大，Zr-4合金的氧化性能越好。铌离子注入降低了Zr-4合金的抗氧化性能，但随着铌离子注入剂量的增大，Zr-4合金的抗氧化性能逐渐回升。样品表层氧化所生成的Nb2O5不会引起氧化锆的相结构发生转变。铌离子注入对样品氧化膜紧密程度的破坏是造成Zr-4合金抗氧化性能下降的主要原因。
本文还利用重离子轰击技术首次探索了合金元素铁离子(Fe+)对Zr-4合金电化学耐蚀性能的影响，并将其与自身离子(Zr+)、惰性元素离子(Ar+)辐照腐蚀情况进行综合比较分析。通过极化曲线的测量、TRIM程序的模拟计算、离子轰击样品表层成分与微观结构的分析，对离子轰击影响合金耐蚀性能机理进行了定性分析，并通过对Zr-4合金耐蚀性能变化过程的曲线拟合，得到了模拟辐照腐蚀的全程经验公式，定量揭示了3类重离子轰击模拟辐照腐蚀的变化规律。