Al含量对含铝奥氏体不锈钢在高温超临界二氧化碳中均匀腐蚀性能的影响研究

为进一步提升奥氏体不锈钢作为超临界二氧化碳核反应堆候选包壳材料的耐腐蚀性能,对比研究了3种不同Al含量的含铝奥氏体不锈钢及不含Al基材在650℃/20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为。结果表明,材料的腐蚀增重随Al含量增加而降低,不同Al含量材料的腐蚀增重均近似服从抛物线生长规律。Al含量低于1.5wt%时,材料表面生成双层富Fe氧化膜,保护性差,渗碳层厚度可达约12μm;Al含量高于2.5wt%时,材料表面生成保护性氧化膜,外层富Cr、内层富Al,氧化膜及基体中仍存在渗碳行为,渗碳层厚度减小至约6μm。造成差异的原因是较高Al含量能有效促进保护性富Al氧化膜的形成,抑制Fe的向外扩散和C的向内扩散,进而提升材料的耐氧化和渗碳属性。

超临界二氧化碳环境中800H合金的均匀腐蚀行为

在650℃、20 MPa的超临界二氧化碳(sCO_(2))环境中对800H合金进行了均匀腐蚀试验。运用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段对腐蚀后试样表面的氧化膜形貌、成分和结构等进行了观察和分析。结果表明:800H合金在sCO_(2)中腐蚀1 000 h后,其质量增加了11.2 mg/dm~2,腐蚀质量增加随时间的变化近似服从抛物线生长规律;表面氧化膜主要成分为Cr_(2)O_(3),其结构致密且具有保护性;C元素沉积于氧化膜表面,富Al及富Si氧化物存在于氧化膜与基体交界处。

超临界二氧化碳环境中600合金和304不锈钢的均匀腐蚀行为研究

为遴选可用于超临界二氧化碳核反应堆的结构材料,通过实验研究了应用于传统核反应堆中的两种合金(600合金和304不锈钢)在650℃、20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为,运用增重法评价了材料的腐蚀动力学规律,采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了氧化膜形貌、结构和化学成分。结果表明,两种材料的腐蚀增重均服从抛物线生长规律,其中600合金的耐腐蚀性能优于304不锈钢;腐蚀500 h后,600合金表面氧化物厚度约为5μm,主要成分为NiCr_(2)O_(4),结构致密,具有保护性,其氧化膜及基体中均未发现明显渗碳行为;腐蚀500 h后,304不锈钢表面氧化膜可达约45μm,为双层结构,外层为Fe_(3)O_(4),内层为NiFeCrO_(4),结构疏松,发生显著渗碳现象。本研究揭示了上述材料在超临界二氧化碳中的腐蚀机理,为超临界二氧化碳核反应堆结构材料的选择提供了数据支持。

两种新型含铝奥氏体不锈钢在超临界二氧化碳中的均匀腐蚀行为研究

为评估新型含铝奥氏体不锈钢在超临界二氧化碳(sCO_(2))核反应堆中的应用前景,通过实验研究了两种新型含铝奥氏体不锈钢(904L-2.5Al和904L-3.5Al不锈钢)及其基材(904L不锈钢)在600℃/20MPa的sCO_(2)中的均匀腐蚀行为。运用增重法评价了材料的腐蚀动力学规律,采用扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析了腐蚀前后材料的形貌、结构和化学成分。结果表明,所有材料的腐蚀增重近似服从抛物线生长规律。随着Al含量的增加,材料的腐蚀增重量明显降低,904L-3.5Al不锈钢具有最低的腐蚀增重量。腐蚀后,904L不锈钢表面生成富Fe氧化物,发生渗碳;904L-2.5Al和904L-3.5Al不锈钢表面生成了连续的富Cr/Al氧化膜,未发生渗碳行为。Al含量的增加促进了材料表面保护性富Cr/Al氧化膜的形成,增强了材料在sCO_(2)中的耐氧化及渗碳性能。

非共格晶界及其偏析对3C-SiC在超临界二氧化碳中氧化影响的Reaxff-MD模拟

为理解SiC材料在超临界二氧化碳(sCO_(2))反应堆中的腐蚀失效机理,本文通过分子动力学模拟研究了3C-SiC在sCO_(2)环境中的氧化行为,并深入探讨了非共格晶界处元素偏析对氧化的影响。结果显示,非共格晶界区域的氧化速度比单晶快,且硅元素或碳元素的偏析均会加剧非共格晶界处的氧化。非共格晶界的加速氧化归因于晶界区域内的未完全配位硅原子,这些硅原子更容易与氧原子成键。非共格晶界的元素偏析进一步加强了非共格晶界处SiC的氧化速度,其中硅元素的偏析使硅原子更难以完全配位,这导致晶界处有更多的硅原子带较低的正电荷,而碳元素的偏析则使得晶界处自由体积更大,氧原子可以与更深层的硅原子成键。本研究揭示了3C-SiC在sCO_(2)中的腐蚀机理以及非共格晶界加速腐蚀的原因,为SiC材料在sCO_(2)反应堆中的退化机制提供了理论支持。