He^+辐照后Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层的LBE腐蚀性能

以CrFe粉、FeAl粉和纯Ti粉为原料,用火焰喷涂和激光原位复合工艺在CLAM钢基材表面制备了Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层。涂层经过能量为200ke V剂量为5×1016ions/cm2的氦离子辐照后,在液态铅铋合金中进行了时长为500h的静态腐蚀实验。采用扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪对经相同条件LBE腐蚀后的涂层与基材进行微观表征与分析。结果表明:复合工艺制备的Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层组织致密,主要由Al_2O_3-TiO_2等陶瓷相组成,辐照后其耐LBE腐蚀性能良好,可以有效地保护基材免受LBE的侵蚀。

MAX相材料的耐铅铋腐蚀性能研究进展

铅冷快堆(LFR)以具有良好的热物理特性和化学稳定性的液态铅或铅铋合金(LBE)作为冷却剂,但是高温下LBE与结构材料长期接触带来的腐蚀问题会导致材料失效并带来安全隐患。MAX相材料因其优异的力学性能、高温耐腐蚀性能和抗辐照性能,成为铅冷快堆的重要结构材料之一。Ti-Si-C、Ti-Al-C和Zr-Al-C是目前被用于进行LBE腐蚀研究的三种常见MAX相材料体系。近年来,有越来越多的研究者们在不同腐蚀条件下的LBE中开展了腐蚀实验,但是对于MAX相材料的LBE腐蚀机理的分析仍不够系统和深入,也少有提高耐腐蚀性能的改性方法被提出。本文在简要介绍MAX相材料的结构、化学组成和制备方法之后,归纳综述了MAX相材料在高温液态LBE中的腐蚀行为及腐蚀机理的研究进展,提到了温度、氧浓度、时间和流速等不同因素对腐蚀层结构的影响。最后,探讨将用于提升MAX相材料在其他高温介质中耐腐蚀性能的改性方法,引入到针对耐LBE腐蚀性能研究的可能性。

FeCrAl合金的液态LBE/Pb腐蚀研究进展

铅铋共晶(LBE)因其良好的物理性能和低化学活性,成为加速器驱动次临界系统(ADS)和铅基堆(LFR)冷却剂的优选材料,但高温下结构材料与 LBE 接触会引起结构材料性能的退化,而 FeCrAl 合金具有优良的抗高温性能、耐腐蚀性能和力学性能等,在作为 ADS 和 LFR 的重要候选结构材料上有很大的潜能。近年来,针对高温液态 LBE/ Pb 环境下 FeCrAl 系列合金的腐蚀行为及其机理,科研人员开展了大量的研究并取得了一系列成果。 然而,因腐蚀现象影响因素众多,未能形成系统的 FeCrAl 合金腐蚀的评价机制,而且针对其不同条件下的腐蚀机理的研究也很欠缺。 FeCrAl 合金耐腐蚀性能的提高也是被关注的焦点。氧浓度、温度、元素含量是影响 FeCrAl 合金腐蚀过程的关键因素,因此,近年来研究人员在宽温域(400 ~900 ℃)、氧浓度10^(-3)% ~10^(-8)%(质量分数)范围内开展了具有针对性的实验研究和理论模拟,并绘制了耐 LBE 腐蚀的 FeCrAl 合金三元相图。 研究结果表明,在合适的氧浓度、温度下,FeCrAl 合金表面形成的致密、连续的氧化层成为材料耐 LBE 腐蚀的关键,也得出了在不同温度及元素含量情况下氧化层形成的条件边界图。 此外,以 FeCrAl(Y)为基础添加活性元素调制的第二代 FeCrAl 合金和在成熟材料(如 316L、T91 等)上制备 FeCrAl 系列合金涂层,也是提高结构材料耐腐蚀性能的主要途径。本文首先简要介绍了 FeCrAl 合金材料的组分、结构、常规性能及其研发现状,然后对该材料在高温液态 LBE/ Pb 中腐蚀实验研究进展进行了归纳综述,总结了氧浓度、温度、合金元素、涂层工艺对材料腐蚀过程的影响,以及腐蚀对材料力学性能的影响,探讨了该材料的 LBE/ Pb 腐蚀机理、存在问题以及可能提高耐腐蚀性能的措施。

低氧压预氧化对FeCrAlSiY合金耐LBE熔液腐蚀性能的影响

为进一步提高核反应堆系统的结构材料Fe-Cr基合金抗LBE腐蚀的性能,对其进行成分优化和表面处理十分重要。对Fe-12Cr-xAl-2Si-0.6Y合金进行低氧压预氧化试验,分析并讨论氧分压和Al含量对合金预氧化产物的影响,并研究预氧化前后的合金在LBE合金熔液中的耐腐蚀性能。结果表明,Fe-12Cr-2Al-2Si-0.6Y合金在不同氧分压下进行预氧化后生成的表面氧化物均以Al,O为主,氧分压越大,合金表面发生选择性氧化速度越快。不同Al含量的Fe-12Cr-xAl-2Si-0.6Y合金在10-15atm(1atm=0.1013MPa)氧分压下进行预氧化,随着Al含量的增加,合金表面氧化物由以Crz0,为主逐渐变为以Al2O3为主,还混合有少量复合氧化物。进行低氧压预氧化处理能有效提高合金在450℃的LBE合金熔液中的耐腐蚀性能。研究成果可为设计和开发耐LBE熔液腐蚀的FeCrAlSiY合金提供参考,促进该体系合金在核电工业领域的运用。

多弧离子镀Al_(2)O_(3)-TiO_(2)/FeCrAl涂层的热冲击性能及在静态铅铋中的耐腐蚀行为研究

为探索一种核电用包壳材料FeCrAl合金表面涂层的制备方法,本文利用多弧离子镀技术在FeCrAl合金表面制备了以FeCrAl作为过渡层的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)涂层,对试样进行热冲击实验以探究涂层的抗热冲击性能,对试样进行600℃、1000 h静态铅铋合金(LBE)腐蚀实验,研究涂层的耐腐蚀性能,表征和分析了试样经LBE腐蚀前后的相组成和显微形貌。结果表明,通过多弧离子镀制备的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)为非晶态,30次热冲击试验后涂层未出现开裂、脱落等现象。腐蚀后,FeCrAl基体试样表面发生明显溶解腐蚀。而X射线衍射分析显示涂层试样在腐蚀后Al_(2)O_(3)发生结晶,表层Al_(2)O_(3)结构收缩出现孔隙,而涂层内部仍保持致密,且截面分析显示LBE未渗入涂层内部。因此,Al_(2)O_(3)-TiO_(2)/FeCrAl涂层能有效地阻止LBE对基体材料的腐蚀。