铀及其合金在二氧化碳内的氧化作用

一、基础氧化特性
反应温度区间：金属铀在400~650℃的二氧化碳环境中即可发生明显氧化，500℃以上反应速率会显著加快。
动力学特征：氧化初期呈现抛物线型动力学规律，该阶段持续时间很短，之后反应转为线性动力学模式，氧化速率由氧通过氧化膜的向内扩散过程控制。
反应产物：生成的主要氧化物为UO₂，反应活化能处于25~30千卡/克分子区间，对应负氧离子在UO₂中的自扩散过程。
二、合金元素的影响
缓蚀元素：在680~1000℃的二氧化碳环境中，钛、钼、铌、铜的添加可将铀的氧化侵蚀程度最高降低500倍，大幅提升抗氧化能力。
无效/负面元素：在500℃的二氧化碳中，上述缓蚀元素均无明显防护效果；含硅的铀合金在绝大多数温度下，在二氧化碳中的氧化速率反而更高。
三、防护涂层的作用
采用铝基、锆基的表面扩散涂层，可将铀在450~500℃二氧化碳中的氧化速率降低5~10倍，是该场景下最有效的防护手段，可大幅抑制氧化反应的进行。