静态腐蚀条件下铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢与液态铅铋合金相容性研究进展

液态铅铋合金(LBE)是铅冷快中子反应堆(LFR)和加速器驱动次临界系统(ADS)的主要冷却剂材料。反应堆用结构材料(如铁素体/马氏体钢、奥氏体不锈钢等)在液态LBE环境下存在液态金属腐蚀(LMC)和应力腐蚀的问题,这些问题给钢结构材料的安全服役带来隐患。阐述了钢材铅铋腐蚀类型及机理,归纳了材料设计与处理(元素成分、热处理、加工制造和表面处理)和腐蚀条件(氧质量分数、腐蚀温度和腐蚀时间)对钢材铅铋腐蚀行为的影响机制;澄清了LBE环境下的应力腐蚀与金属脆化机制,总结了内外因素(材料种类、表面缺陷、热处理、氧质量分数、腐蚀温度和拉伸速率)对钢材拉伸性能的影响,并展望了未来铅铋反应堆结构材料的研究方向。建议面向未来的铅铋堆用钢应优化材料设计和处理方式(提高Si、Al等元素的含量、表面镀膜和热处理)同时控制LBE中环境参数(温度、氧质量分数和腐蚀时间)以提高钢材的耐铅铋腐蚀性能。

应力对316L在液态铅铋共晶合金中腐蚀行为的影响

目的研究应力对316L在高温液态铅铋合金(LBE)中腐蚀行为的影响。方法将316L制成C型环试样,加载应力后将其置于500℃的LBE中腐蚀2500 h,利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段分析腐蚀程度。结果在应力作用下,316L在LBE中的腐蚀机制仍然为氧化腐蚀,且形成的氧化层结构和成分与无应力状态下的一致;材料表面氧化层总厚度显著增加,且内/外氧化层之间更容易产生裂纹,随腐蚀时间的延长,外氧化层有剥落的趋势。施加应力后,试样的氧化速率系数从0.1901μm/h增大至0.2781μm/h,其中内氧化层生长速率增加得更显著。EBSD分析表明,施加应力后,316L组织未发生改变,晶界附近的腐蚀加剧。结论在应力作用下,基体晶界缺陷密度增加,元素在晶界处的扩散速率增大,内氧化层的生长速度加快,腐蚀速度增加。

Fe-B共晶合金在锌液中的腐蚀行为

在500℃的锌液中,对Fe-B共晶合金进行恒温静态腐蚀试验。对其腐蚀动力学和基体/Zn腐蚀界面进行研究,探讨了Fe-B共晶合金在锌液中的腐蚀过程和机理。结果表明,Fe-B共晶合金有比较好的耐锌液腐蚀性能;锌液腐蚀基体的过程是Fe原子和Zn原子相互扩散的过程;扩散导致新相的形成,在热应力和锌液冲击应力以及新相生长的拉应力的作用下,腐蚀层产生裂纹断裂并溶解。腐蚀以此方式反复进行,最终导致合金失效。

低共熔溶剂中Ni-Co合金电沉积的工艺研究

在摩尔比为1∶2的氯化胆碱-尿素(ChCl-Urea)低共熔溶剂中,在纯铜基体表面制备Ni-Co合金镀层。分别研究沉积温度、沉积电位、主盐浓度比三种因素对Ni-Co合金沉积镀层的影响,通过观察镀层的微观形貌,并利用极化曲线对Ni-Co合金镀层的耐蚀性进行分析,确定ChCl-Urea-NiCl_(2)·6H_(2)O-CoCl_(2)·6H_(2)O体系中最佳沉积条件为:沉积电位为-1.00V,镍盐与钴盐的摩尔浓度比为5∶1,沉积温度为70℃,沉积时间为30min。制备的镀层均匀致密,具有良好的耐蚀性。

Fe_(34)Cr_(30)Mo_(15)Ni_(15)Nb_(3)Al_(3)高熵合金在500℃下氧含量为10^(-6)%的液态铅铋合金中腐蚀行为研究

制备了Fe_(34)Cr_(30)Mo_(15)Ni_(15)Nb_(3)Al_(3)高熵合金,铸态组织包含FCC相、Laves相和B2-NiAl相。随后将高熵合金置于500℃、氧浓度为10-6%(质量分数)的液态铅铋合金中进行1000~2000 h的静态腐蚀实验。结果表明:高熵合金未发生明显的元素溶解、铅铋渗透和相变。静态腐蚀1000~2000 h后,Laves相区域表面只生成了Fe-Cr尖晶石。但腐蚀1000 h后,FCC/B2-NiAl相区域表面除了内层生成了Fe-Cr尖晶石,外层还生成了贫Cr的FeCr尖晶石;随着腐蚀时间增加到1500 h,FCC/B2-NiAl相区域外层贫Cr的Fe-Cr尖晶石发生脱落;腐蚀2000 h后,Fe3O4开始生成,覆盖FCC/B2-NiAl相区域外表面。高熵合金表面的氧化层均较薄,厚度不超过3μm,表现出较好的耐腐蚀性。高熵合金具有良好耐腐蚀的原因是由于Laves相分布均匀,抑制了金属元素的向外扩散。