科学岛团队在液态金属环境下CLAM钢氧化膜演化机理研究中取得新进展

近日，中科院合肥研究院核能安全所黄群英研究员项目组在铅基反应堆液态金属环境下CLAM钢氧化膜演化机理研究方面取得新进展，研究成果发表于国际核材料领域知名期刊Journal of Nuclear Materials上。

以铅铋共晶（LBE）为冷却剂的铅基反应堆因其具有高能量密度、固有安全性和高燃料利用率等特点，被选为第四代反应堆堆型之一。铁素体/马氏体（F/M）钢因其良好的导热性和耐高温、抗辐照等优点，可作为铅基反应堆的候选结构材料。然而，F/M钢在LBE中的腐蚀问题会影响其服役寿命。通常，氧化膜的演化是结构材料腐蚀过程的具体表现，因此关注氧化膜的演化规律对于研究结构材料耐LBE腐蚀机理具有重要意义。

针对上述问题，研究人员研究了高温LBE环境下铈（Ce）对中国低活化马氏体（CLAM）钢氧化膜演化的影响与作用机理。腐蚀试验结果显示：500h时，CLAM钢样品和Ce-CLAM钢样品分别产生了近似圆形、板条状的磁铁矿岛屿（图1）；1500h时，CLAM样品氧化膜发生明显脱落，而Ce-CLAM仅发生局部脱落（图2）。与CLAM钢样品相比，Ce-CLAM钢样品的氧化膜显示出较好的连续性、完整性和粘附性。在此基础上提出了Ce影响磁铁矿形貌机理模型（图3）和氧化膜演化模型。这些可为铅冷快堆结构材料耐LBE腐蚀性能的深入研究提供一定实验数据与理论参考。

该项研究工作得到国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会及中国科学院国际合作项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.154109

图1 腐蚀500h后试样的典型表面形貌与扫描结果

图2 腐蚀1500h后典型表面形貌与扫描结果（a-b）CLAM，（c-d）Ce-CLAM

图3 CLAM钢和Ce-CLAM钢样品岛状磁铁矿生长机理模型