8-15 铀铌合金高温原位氧化过程

陆 雷 赖新春 白 彬 邹觉生

　　电子能量损失谱（EELS）能够研究电子激发所引起的能量损失过程，主要利用了EELS在低能损失谱区的应用。同时，结合俄歇电子能谱（AES）分析技术，进一步研究铀铌合金原位高温氧化过程。为了达到对比性研究效果，也对金属铀和铌的高温氧化过程进行了初步分析。

　　室温下，氧气暴露剂量为40L（以Langmuirs计，1L=1.33×10^-4 Pa^.s），在金属铀表面上就会形成一层UO₂氧化层；而对于金属铌，当氧暴露剂量为1270L，也只会在表面生成一薄层NbO。O₂与铀铌合金氧化反应过程中，吸附氧化反应速率和氧化产物跟温度有很大的关系，在较高温度（373K以下）时，升高温度对金属铀和铌的吸附和氧化都有利，促进了氧化进程。但高温（高于473K）时，由于氧在样品表面的解析和扩散，阻碍了氧化反应进行，氧气暴露剂量高于660L，在俄歇电子能谱检测信息范围内，铌表面没有任何化合价态铌的氧化物出现；金属铀的表面上U元素以金属态（0价）和UO₂（+2价）两种形式存在，随着温度升高，表面上金属态的U逐渐占优势。另外，随着温度的升高，氧化层向金属体内扩散得越深。

　　室温下，铀铌合金的合金化有利于合金表面对O₂的初期吸附反应，但后期氧化层中生成的NbO又降低了合金对O₂的进一步的氧化反应，从而起到抗腐蚀的作用。在较高温度（373K附近以下）时，温度对铀铌合金的吸附和氧化也有利，促进了氧化进程；但高温（高于473K）时，由于氧在样品表面的解析和扩散，阻碍了氧化反应进行，在合金表面主要是金属态U和Nb，也有部分的UO₂存在；随着温度的升高，氧化层也有向金属体内扩散的现象。

　　经过充分氧化的铀铌合金氧化层，在俄歇真空室里，不断升高温度和保温，同时用profile方式收集铀铌合金表面氧化层的俄歇信息，当温度为603K时，因为表面氧的解析和扩散，表面UO₂开始“分解”；随后，用Ar⁺溅射此氧化层，获得铀铌合金表面氧化层不同深度的俄歇信息，发现刻蚀前表面就有铌的偏析和碳的富集现象，在离表面很薄的一层里，铌的富集达到最高值，这时这一薄层里的主要成分是UO₂和Nb₂O₅混合物；随着溅射，开始发现铌的富集变弱，刻蚀10min后，铀的富集达到极大值，这时氧化层中的UO₂含量也达到最高值；当逐渐出现纯铀和铌的谱线时，即到非氧化层时，Nb/U比值回到合金中的正常比值。