液态锂铅合金中316L不锈钢的静态腐蚀行为

采用挂片法、失重法和金相分析,开展了结构材料316L不锈钢在液态锂铅(LiPb)合金中静态腐蚀行为的研究。研究结果表明:316L不锈钢中的组分元素,在液态LiPb合金中发生了溶解和质量迁移,这是导致材料腐蚀的主要原因,而温度和合金中的氧含量是影响静态腐蚀行为最重要的参数。

液态锂铅合金中测氢传感器的探头材料

氢同位素在液态锂铅合金中的溶解行为是聚变堆液态包层提氚系统设计的重要参考指标。为了解决液态锂铅合金中氢含量测定的技术难题,研发测氢传感器,开展了以Al2O3、SiC、SiO2-Cr2O3、TiC为候选的传感器探头材料的选型研究。研究结果表明:在仅考虑测量平衡时间、合金熔融温度和热冲击的前提条件下,SiC探头材料是最合适的选择,具有测量直观准确、高热稳定性、抗化学腐蚀性能和耐热冲击性能良好的特点;而Al2O3和SiO2-Cr2O3在高温锂铅环境中易腐蚀;TiC高温下易氧化,但在873K以下时的测量值比SiC更接近理论饱和值。

液态锂铅合金中氢溶解行为的初步研究

对氢在液态锂铅合金中的浓度进行了初步测量与分析。结果表明:氢在液态锂铅合金中的溶解存在过饱和现象,氢浓度测量曲线出现非线性的特点;采用气-液载带方式提取液态锂铅合金中的氢同位素是可行的;氢在液态锂铅合金中的溶解度受氢分压的影响远大于受锂铅合金熔融温度的影响。

液态锂铅合金中氢同位素测量研究进展

液态锂铅合金可兼作中子倍增剂、氚增殖剂以及冷却剂,因此液态锂铅合金包层被认为是一种在示范堆(DEMO)或聚变电站中颇有应用前景的增殖包层设计。为了连续监测锂铅增殖包层模块中氚的输运情况,准确、快速测量液态增殖剂的产氚率,需要实时在线测量流动液态增殖剂中氢同位素的浓度。现有传感器都是通过一定手段测定液态金属中的氢分压,然后代入Sieverts定律计算氢同位素浓度,其中氢同位素溶解度系数与同位素浓度的准确测量息息相关。目前氢溶解度系数测量方法主要分为定容法和渗透法,各团队对锂铅合金中氢同位素溶解度系数的测定数值差异较大。一方面由于氢同位素在液态锂铅合金中的溶解度极低,实验误差的影响不可忽视;另一方面杂质效应也会导致溶解度系数的差异,来自空气、水、CO中的氧会引入到锂铅中形成Li_(2)O,而与氧的反应会消耗液态锂铅合金中的Li,使Li活性降低,进而降低氢同位素的溶解度,因此氧含量以及其他杂质的控制对于锂铅合金的实际应用至关重要。近几年已开发的液态锂铅中氢同位素在线测量传感器主要包括金属渗透窗传感器和固体电解质传感器。金属渗透窗传感器结构简单,可靠性高,研究者们主要从材料选择和器件结构优化等方面不断尝试,并取得了丰硕的成果。目前的研究证实了动态测量模式在液态锂铅中氢同位素浓度快速在线测量方面的可行性,需解决的问题是如何避免金属探头材料的氧化,保证长期工作的稳定性。固体电解质测氢传感技术相对成熟,但陶瓷材料韧性较差,测试时需要通入参考气体,并且在器件结构设计和材料选择方面要求更高。还有一些液态金属在线测氢技术,探头采用多孔陶瓷来收集气体,主要用于铝液中氢浓度的测量。对于液态锂铅合金测氢,仍需探索材料的发气性与锂铅材料的相容性,以及对锂铅中极低氢同位素浓度测量的可行性。本文首先论述了影响氢同位素在液态锂铅合金中溶解度的因素,然后综述了液态锂铅合金中氢同位素溶解度系数的研究进展,包括其原理和研究方法,讨论了不同方法测量数值的差异。此外,本文对在线测量液态锂铅合金中氢同位素浓度传感器的研究进行了概述。最后,对在线测量液态锂铅合金中氢同位素浓度传感器的器件优化和未来发展方向作出了评价。

渗透-质谱法测量液态锂铅合金中氢同位素

在聚变反应堆中,液态锂铅合金作为一种较理想的氚增殖剂和中子倍增剂一直被广泛应用。其中氢同位素的测量对反应堆安全、氚提取和产氚率至关重要。我们采用质谱测量分析氢氘混合气在液态锂铅合金中渗透气体成分,从而探究氢同位素在锂铅合金中的同位素效应。结果表明渗透气体含有 47.02% HD,33.39 % H2, ~19.54% D2,且测量的可重复性较好。

带热浸铝涂层MANETⅡ马氏体钢的氢渗透性能研究

在 3 0 0～ 45 0℃温度范围内 ,分别在氢气相和液态铅锂合金相中 ,开展了带热浸铝涂层MANETⅡ马氏体钢的氢渗透性能研究。结果表明 ,实验所得到的氢渗透率减低因子 (PRF) ,在气相中为 62 0～2 63 ,在液态铅锂合金相中为 45～ 3 0。但仍然没有满足DEMO聚变堆的设计要求。涂层的自修复效应在 40 0℃以上是明显和有效的。从渗透通量与样品上游氢压的关系来看 ,涂层使得表面效应对渗透过程的影响很大。在上游小流量及在液态铅锂合金中鼓泡充氢可以导致渗透通量升高。扫描电镜和能谱分析 (SEM EDS)的结果表明 ,样品表面被液态铅锂合金所浸润的部分出现微裂纹 ,而未浸润部分没有出现微裂纹。微裂纹很肤浅 ,仅仅影响涂层的最外表面薄层 ,没有贯穿整个渗铝层而到达基体。未浸润表面的Al O原子比约为 2 3 ,浸润表面约为 1 1 ,表明液态铅锂合金对渗铝层表面的Al2 O3 薄层造成了损伤。总的看来 ,造成氢渗透阻挡层性能退化的原因 ,是涂层外表面与液态铅锂合金相互作用 ,以及涂层在升。