3-76 铀在干燥氯化氢气氛中的腐蚀行为

陆春海 郎定木 蒋春丽 俞 勇 胥勋武

　　由于铀具有高密度（19.1g/cm³）和独特的核性能，随着核能技术的发展扩大了金属铀的使用范围。因铀具有很高的化学活性,对铀的防腐受到科技界很大的关注。金属铀的氧和水汽腐蚀已有广泛的研究，并有不少文献作了述评和报道。含氯气氛对铀的腐蚀作用很强，但没有文献报道。

　　为了了解铀在含氯气氛中的腐蚀行为,进行了含氯气氛与干燥空气氧化对照实验。方法是:将铀铸造并进行热处理后加工为f 10×3的试样。用气体分析仪、ICP–AES等手段取加工铀试样的切屑料进行成分分析。试样先用丙酮清洗去油，然后依次用200^#、400^#、600^#、700^#、900^#金相砂纸研磨抛光；再用大量水冲洗。冲洗后的试样用70℃的10%体积比的硝酸溶液进一步抛光并用大量水冲洗。用无水乙醇、丙酮、乙醚清洗并用绸布擦干。在室温下于干燥器内贮存24h。然后进行加速腐蚀实验研究（温度等实验条件受精密控制）。实验开始时对系统气体组分也进行了相应的分析。

　　根据定时测量结果，得到图1所示的质量变化曲线。图1a反映了从腐蚀开始至掉粉这段时间内的质量变化曲线，图1b为相同时间的对照试验。从图1a和图1b的比较来看在经过相同时间的加速腐蚀后，腐蚀增重区别不大；但含氯化氢气氛的加速试验过程中试样容易起皮掉粉（SEM照片作了进一步证实）。但两者的变化趋势不同。

（a）                                          (b)
图1 腐蚀过程的质量变化曲线

　　用扫描俄歇能谱研究了在一定腐蚀时间后元素的深度分布。对预处理和经过氯化氢气氛腐蚀24h后的试样进行AES深度剖析对比可见氯与氧几乎同时趋于平衡。由此可见，氯化氢具有很强的穿透氧化膜的能力。从图中还可见到氧和氯都在剖析初期有个原子百分含量迅速下降的过程，说明表面存在物理吸附。

　　由腐蚀前后的的AES动能谱线可见,在两种气氛腐蚀下铀的谱线的位置和形状基本一致，因而可认为铀在两种腐蚀条件下腐蚀后的化学状态无明显差异。在室温下于干燥空气中存放24h的试样表面的铀主要形成了UO₂、UO_2+X。分别对经40天50℃下干燥含氯化氢空气介质腐蚀前后的试样进行了SEM研究，从对比知经过加速腐蚀试验后，试样表面开裂有明显的程度的掉粉现象。在干燥空气氧化对照实验中发现所有发生掉粉和点蚀的地方氯明显高，并且已排除实验过程中带入含氯杂质；因而可认为是试样本身含有氯化物夹杂。故氯化物夹杂对腐蚀有明显的促进作用。并对这些材料在该气氛下的抗蚀情况作了对比。对腐蚀机理作了初步探讨。并发现氯化物夹杂对腐蚀有很大影响。