劉 可 徐 良 劉 哲 龍時(shí)磊 曹玲玲 包良滿李曉林 張桂林 李 燕,3

1（中國(guó)科學(xué)院核輻射與核技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201800）

2（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

3（上?？萍即髮W(xué) 上海 200031）

不同溫度FLiNaK熔鹽對(duì)Hastelloy-N合金腐蝕的影響

劉 可1,2徐 良1,2劉 哲1,2龍時(shí)磊1,2曹玲玲1,2包良滿1,2李曉林1,2張桂林2李 燕1,2,3

1（中國(guó)科學(xué)院核輻射與核技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201800）

2（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

3（上?？萍即髮W(xué) 上海 200031）

國(guó)產(chǎn)Hastelloy-N合金與FLiNaK(LiF-NaF-KF: 46.5-11.5-42 mol%)熔鹽在有氬氣保護(hù)的箱式爐中進(jìn)行了相同時(shí)間(300 h)、不同溫度(600?900 oC)的腐蝕實(shí)驗(yàn)。對(duì)腐蝕后的樣品進(jìn)行了失重測(cè)量，并用掃描電子顯微鏡/能量擴(kuò)散光譜(Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectrometer, SEM/EDS)觀測(cè)了腐蝕深度、表面形貌以及腐蝕區(qū)域的元素分布變化，同時(shí)對(duì)比熔鹽中有水、氧等雜質(zhì)參與的腐蝕，從而進(jìn)行腐蝕機(jī)理研究。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于經(jīng)過(guò)去水、氧等雜質(zhì)處理的熔鹽的腐蝕，當(dāng)腐蝕溫度從600 oC升高到900 oC時(shí)，合金的腐蝕深度從8 μm逐漸增加到40 μm。合金單位面積的腐蝕失重從2 mg·cm?2增加到8 mg·cm?2，但增加速率逐漸下降。SEM/EDS測(cè)量結(jié)果顯示，合金腐蝕區(qū)域均出現(xiàn)了Cr元素的流失現(xiàn)象，并伴有Mo元素的富集；合金微觀形貌的變化表現(xiàn)為腐蝕后的晶界結(jié)構(gòu)明顯加寬并顯現(xiàn)出來(lái)，但是當(dāng)腐蝕溫度升高到700 oC時(shí)，合金表面晶粒細(xì)化明顯，晶粒尺寸由腐蝕前的40 μm細(xì)化到5?20 μm不等，800 oC和900 oC的腐蝕使得晶粒重新粗化到40 μm，且有Mo為主成分的析出物出現(xiàn)，尤其在晶界處更為明顯。另外，當(dāng)熔鹽中有雜質(zhì)（水、氧等）時(shí)，850 oC的腐蝕使得腐蝕深度已經(jīng)遠(yuǎn)大于100 μm，同時(shí)使耐熔鹽腐蝕的Mo元素也出現(xiàn)了脫溶現(xiàn)象，明顯加劇了熔鹽對(duì)合金的腐蝕作用。

熔鹽，Hastelloy-N合金，腐蝕溫度，掃描電子顯微鏡/能量擴(kuò)散光譜

1 實(shí)驗(yàn)及樣品制備

1.1 樣品制備

Hastelloy-N合金（直徑2 cm）由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所提供，上海材料研究所檢測(cè)中心對(duì)合金的化學(xué)組分進(jìn)行了測(cè)試(表1)。熔鹽腐蝕前，先對(duì)合金進(jìn)行了固溶處理，在1177 oC溫度下，加熱30 min，然后在空氣中迅速冷卻。圖1顯示了固溶前后的金相顯微結(jié)構(gòu)變化，可見(jiàn)經(jīng)過(guò)固溶處理后的合金晶界周圍的過(guò)剩相以及強(qiáng)化相被充分溶解。

表1 Hastelloy-N合金的化學(xué)組分Table 1 Chemical composition of the Hastelloy-N alloy.

圖1 Hastelloy-N合金的金相圖片(a) 固溶處理前，(b) 固溶處理后Fig.1 Metallography of Hastelloy-N alloy. (a) Before heat-treatment, (b) After heat-treatment

固溶處理后的合金經(jīng)鉬絲切割成厚度為1 mm的圓片，再依次經(jīng)320目、500目、1000目、1500目、2000目(grit)的SiC砂紙打磨，然后利用0.5 μm和0.05 μm的金剛石研磨膏(Diamond Paste)進(jìn)行拋光處理后，依次在酒精和去離子水超聲清洗15 min，用電吹風(fēng)吹干后放于干燥柜保存。

1.2 熔鹽腐蝕

氟鹽用LiF、NaF和KF按照一定的比例配成的混合鹽(LiF-NaF-KF: 46.5-11.5-42 mol%)，腐蝕裝置如圖2所示。待腐蝕的合金樣品邊緣處有直徑1 mm的孔，通過(guò)鉑絲固定在石墨棒上。氟鹽跟掛有樣品的石墨棒一起放入石墨坩堝中（實(shí)驗(yàn)前坩堝200 °C下烘干3 h），密封后在石墨坩堝外面套一層不銹鋼保護(hù)罩并焊封好。

圖2 Hastelloy-N合金在FLiNaK熔鹽中的腐蝕裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of the corrosion experiment for the Hastelloy-N alloy corroded in FLiNaK salts.

因氟鹽在大氣環(huán)境下容易潮解，為控制腐蝕條件，在只改變腐蝕溫度的基礎(chǔ)上，保證其他腐蝕環(huán)境均相同。氟鹽的混合、石墨坩堝的封裝以及不銹鋼的焊縫操作均在充有氬氣保護(hù)環(huán)境的手套箱中進(jìn)行，氟鹽中水和氧的含量均低于5 μg·g?1，最后把封好的坩堝放進(jìn)箱式爐子進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)。腐蝕溫度分別為600 oC、700 oC、800 oC和900 oC，腐蝕時(shí)間均為300 h。因熔鹽在大氣環(huán)境下極容易潮解，為了研究熔鹽中的雜質(zhì)（水、氧等）對(duì)腐蝕的影響，進(jìn)行了在大氣環(huán)境中進(jìn)行氟鹽的混合和坩堝封裝焊縫操作的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，腐蝕溫度為850 oC，腐蝕時(shí)間為50 h。熔鹽腐蝕結(jié)束后，用機(jī)械切割切開不銹鋼保護(hù)罩，打開坩堝取出腐蝕樣品，然后依次經(jīng)過(guò)Al(NO3)3溶液(1 mol·L?1)、去離子水、酒精超聲5 min等處理，除去腐蝕后合金表面粘附的氟鹽。

1.3 合金樣品的腐蝕失重

腐蝕前后分別對(duì)合金樣品進(jìn)行稱重，從而得到失重?cái)?shù)據(jù)。失重計(jì)算公式為：

式中，Lmass為單位面積的失重質(zhì)量，mg·cm?2；m0和m1分別為合金樣品腐蝕前、后的質(zhì)量，mg；S為合金樣品與熔鹽接觸的面積，即合金受到腐蝕的面積，cm2。

1.4 SEM/EDS實(shí)驗(yàn)

掃描電鏡使用LEO公司（德國(guó)）生產(chǎn)的1530VP場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（配X射線能譜儀），高真空模式下最高分辯率達(dá)到1.0 nm。使用掃描電鏡配備的X射線能量色散儀(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)，對(duì)腐蝕后的合金樣品微區(qū)元素變化進(jìn)行了測(cè)量。EDS實(shí)驗(yàn)前，使用鑲樣機(jī)將合金樣品制作成截面樣品以便元素分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 雜質(zhì)（水、氧等）對(duì)熔鹽腐蝕的影響

圖3為熔鹽在不同溫度下烘干不同時(shí)間后的重量變化。熔鹽未經(jīng)烘干處理，直接在大氣環(huán)境下的稱重(1068 mg)明顯大于該熔鹽經(jīng)200 oC烘干2 h處理后的稱重(1052 mg)。可見(jiàn)熔鹽在大氣環(huán)境下易潮解。對(duì)比了在大氣環(huán)境下進(jìn)行的熔鹽混合封裝的腐蝕實(shí)驗(yàn)（850 oC腐蝕50 h）和在有氬氣保護(hù)下手套箱中進(jìn)行的熔鹽混合封裝的腐蝕實(shí)驗(yàn)（600 oC腐蝕300 h）。腐蝕后截面樣品的SEM照片(圖4)可見(jiàn)，在氬氣氣氛保護(hù)下裝樣的腐蝕深度約為10 μm，而在大氣環(huán)境下裝樣的腐蝕深度遠(yuǎn)大于100 μm。從腐蝕深度可以看出，對(duì)于腐蝕過(guò)程中有雜質(zhì)（水、氧等）參與時(shí)，會(huì)大大加劇熔鹽對(duì)合金的腐蝕作用。

圖3 熔鹽在不同溫度下烘干不同時(shí)間后的重量變化Fig.3 Change of weight of molten salt after drying at different time and different temperatures.

圖4 不同裝樣環(huán)境下合金腐蝕的SEM圖(a) 大氣環(huán)境下裝樣的腐蝕，(b) 充有保護(hù)氣氛的手套箱裝樣的腐蝕Fig.4 Corrosion results for different loaded conditions. (a) Corrosion of sample loaded at the atmosphere, (b) Corrosion sample loaded in a glove box filled with protective gas

腐蝕的難易程度與氟鹽生成的吉布斯自由能對(duì)應(yīng)，自由能絕對(duì)值越大的合金元素越容易被腐蝕，從而生成的氟化物越穩(wěn)定。熔鹽LiF-NaF-KF中金屬氟化物的自由能低于合金元素的金屬氟化物的自由能[10]，故純凈的熔鹽本身對(duì)合金的腐蝕輕微。但當(dāng)腐蝕過(guò)程中有水和氧等雜質(zhì)參與時(shí)，水在高溫下解離為H+離子和O2?離子，H+離子與F?離子會(huì)結(jié)合生成HF，HF的腐蝕性很強(qiáng)，幾乎能與合金材料中的所有合金元素反應(yīng)[11]。另外，O2?離子與金屬反應(yīng)形成金屬氧化物，合金表面形成的Cr等金屬氧化物和氟化物穩(wěn)定性較差，可以溶解在熔鹽中，從而急劇加速了合金的腐蝕。

從圖5可看出，對(duì)于有氬氣氣氛的腐蝕，在腐蝕區(qū)域Cr元素流失，Mo元素富集，很少一部分Fe元素流失，基體元素Ni腐蝕前后沒(méi)有明顯的變化。但是對(duì)有水和氧雜質(zhì)參與的腐蝕，元素流失嚴(yán)重，腐蝕區(qū)Cr元素大量流失。除少部分腐蝕區(qū)域出現(xiàn)Mo元素的沿晶界富集外，大部分腐蝕區(qū)也出現(xiàn)了Mo元素的流失現(xiàn)象。另外，F(xiàn)e元素以及基體元素Ni也有部分的流失。在保護(hù)氣氛下的腐蝕實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生合金元素選擇性脫溶現(xiàn)象，而在大氣環(huán)境下的腐蝕實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生腐蝕區(qū)域合金主要元素流失。這表明水、氧等雜質(zhì)對(duì)熔鹽腐蝕有明顯促進(jìn)作用，應(yīng)該嚴(yán)格控制腐蝕環(huán)境中的雜質(zhì)含量。

圖5 不同裝樣環(huán)境下合金腐蝕的SEM/EDS面掃描圖Fig.5 SEM/EDS surface scan results of alloys under different loaded conditions.

2.2 腐蝕溫度對(duì)合金腐蝕失重及腐蝕深度的影響

經(jīng)不同溫度熔鹽腐蝕后合金樣品的失重及腐蝕深度變化如圖6所示，可見(jiàn)隨著溫度的升高(600 oC到900 oC)，腐蝕深度加深(8 μm到40 μm)，腐蝕失重增加(2 mg·cm?2到8 mg·cm?2)，但增加的速率降低，表明當(dāng)超過(guò)一定溫度后(800 oC)，溫度的增加對(duì)腐蝕的影響趨微。由于本研究采用了靜態(tài)腐蝕，隨著腐蝕的進(jìn)行，首先在合金表面形成Cr的金屬氧化物和氟化物，這些化合物穩(wěn)定性較差，可以溶解在熔鹽中[8]。當(dāng)表層的Cr被消耗后，合金內(nèi)部至表層間產(chǎn)生Cr原子濃度梯度。在高溫下，Cr原子從內(nèi)部向表面遷移，不斷形成新的氟化物[5]，導(dǎo)致腐蝕深度不斷增加。但因?yàn)槭庆o態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)，Cr的氧化物和氟化物在熔鹽中有一定的溶解度，當(dāng)Cr的氧化物和氟化物達(dá)到飽和時(shí)，再隨著腐蝕的進(jìn)行，新形成的Cr的氧化物及氟化物無(wú)法繼續(xù)溶解，會(huì)在合金表面沉積形成保護(hù)層，對(duì)腐蝕產(chǎn)生一定抑制作用，使腐蝕速率降低。另一方面，腐蝕開始階段，合金表面的元素(Cr)首先溶解于熔鹽中，進(jìn)而使合金中該元素在內(nèi)部與表面間形成了濃度梯度，在高溫下，該元素會(huì)從內(nèi)部向表面擴(kuò)散。但隨著腐蝕的不斷進(jìn)行，該元素在合金內(nèi)部與合金表面的濃度梯度逐漸減小，擴(kuò)散速率減緩，從而表現(xiàn)為隨著腐蝕溫度的升高，腐蝕失重先增加，隨后趨微；由于合金內(nèi)部到表面仍然存在元素的擴(kuò)散，從而表現(xiàn)為腐蝕深度的不斷加深。

圖6 合金在不同溫度熔鹽腐蝕下的失重(a)及腐蝕深度(b)曲線Fig.6 Weight loss (a) and corrosion depth (b) of alloys with molten salt corrosion at different temperatures.

2.3 腐蝕溫度對(duì)合金表面微觀結(jié)構(gòu)變化的影響

不同溫度下合金的熔鹽腐蝕，除了對(duì)合金的腐蝕失重及腐蝕深度有影響外，還能引起腐蝕表面的微觀結(jié)構(gòu)不同變化。圖7顯示了腐蝕前后合金樣品表面微觀結(jié)構(gòu)的變化，由圖7中間的圖可知，腐蝕前合金表面光滑平整。600 oC腐蝕后合金表面變得粗糙，但晶粒尺寸無(wú)明顯變化(40 μm)。當(dāng)腐蝕溫度升高到700 oC時(shí)，合金表面晶粒細(xì)化明顯，晶粒尺寸細(xì)化到5?20 μm不等。800 oC和900 oC的腐蝕使得晶粒重新粗化到40 μm，但晶界相比700 oC的腐蝕增粗，特別是900 oC下的腐蝕，晶界明顯變粗。

圖7 腐蝕前后合金表面的微觀結(jié)構(gòu)變化Fig.7 Microstructure changes of alloys before and after corrosion by molten salt at different temperatures.

不同溫度腐蝕后合金樣品的腐蝕區(qū)域放大后如圖8所示，較高溫度腐蝕(800 oC、900 oC)時(shí)，合金表面有大量析出物生成。EDS結(jié)果顯示，在800 oC腐蝕時(shí)，晶粒表面出現(xiàn)Ni的析出物。Azhazha等[12]在研究Ni基合金耐熔鹽(ZrF4-NaF: 50-50 mol%)腐蝕特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)合金經(jīng)過(guò)650 oC的500 h熔鹽腐蝕后，表面出現(xiàn)了Ni的析出物。在900 oC腐蝕時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)合金在晶界處出現(xiàn)Mo富集的析出物。

為明確晶粒的尺寸變化和晶界的變粗凸顯是由單純的熱處理（溫度不同）引起的，還是由于熔鹽的腐蝕作用產(chǎn)生的，對(duì)未經(jīng)熔鹽腐蝕的合金進(jìn)行了單純熱處理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度1000 oC，熱處理時(shí)間為6 h。SEM結(jié)果如圖9所示，熱處理后的合金表面顏色變暗，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的晶界結(jié)構(gòu)，表面出現(xiàn)一些析出物。EDS線掃描結(jié)果顯示，Cr元素與O元素含量在析出物部分同時(shí)出現(xiàn)明顯的增加，故析出物主要為Cr的氧化物。這可能由于退火環(huán)境中含有少量的氧，造成了合金表面的氧化以及一些金屬氧化物的生成析出。

圖8 合金經(jīng)不同溫度的熔鹽腐蝕后的微觀結(jié)構(gòu)變化Fig.8 Microstructure changes of alloys corrosion by molten salt at different temperatures.

圖9 合金的熱處理結(jié)果(a) 合金表面微觀結(jié)構(gòu)變化，(b) SEM/EDS線掃描圖Fig.9 Results of alloy by Heat-treated. (a) Microstructure changes of alloys, (b) SEM/EDS line scan

不同溫度下的熔鹽腐蝕使國(guó)產(chǎn)Hastelloy-N合金出現(xiàn)晶界結(jié)構(gòu)變化，即腐蝕表現(xiàn)出明顯的晶間腐蝕特征[13?14]，該特性在本次腐蝕實(shí)驗(yàn)中具體表現(xiàn)為腐蝕區(qū)域的Cr元素沿晶界發(fā)生選擇性脫溶，Mo元素在晶界處富集。腐蝕初始階段，合金表面的金屬元素(Cr)先溶解于熔鹽中，表面元素的流失使得合金內(nèi)部與表面的元素之間存在濃度梯度，在高溫作用下，元素沿晶界從內(nèi)到外擴(kuò)散，由于Cr的金屬氧化物和氟化物穩(wěn)定性較差，可以溶解在熔鹽中，然而Mo元素的化合物穩(wěn)定性較強(qiáng)，使得腐蝕表現(xiàn)為Cr元素的流失及Mo元素的富集。

另外，熔鹽通過(guò)被侵蝕的晶界向合金內(nèi)部深入，腐蝕由外向內(nèi)逐漸擴(kuò)散。隨著腐蝕的進(jìn)行，Cr元素的不斷脫溶及擴(kuò)散造成了合金中存在部分的空穴富集區(qū)。伴隨著空穴的合并，表現(xiàn)為合金腐蝕后出現(xiàn)的表面腐蝕層及截面形貌中存在一些彼此連通的網(wǎng)狀孔洞。晶界處由于晶格畸變和空穴積聚而成為原子的高速擴(kuò)散通道，且溫度對(duì)元素的擴(kuò)散產(chǎn)生影響，腐蝕溫度的升高使得合金元素(Cr、Mo)沿晶界的擴(kuò)散速率加大，使晶間腐蝕加劇，從而使得晶界被腐蝕而加粗。

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)Hastelloy-N合金在不同環(huán)境進(jìn)行FLiNaK (LiF-NaF-KF: 46.5-11.5-42 mol%)熔鹽腐蝕實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)腐蝕前后樣品的失重測(cè)量，以及表面形貌和元素分布變化的系統(tǒng)研究，得到如下結(jié)論：

(1) 對(duì)于經(jīng)去水、氧雜質(zhì)處理的熔鹽腐蝕，不同溫度熔鹽腐蝕后，腐蝕區(qū)域出現(xiàn)Cr元素沿晶界發(fā)生選擇性脫溶，Mo元素在晶界處富集現(xiàn)象，表現(xiàn)出明顯的晶間腐蝕特征。當(dāng)腐蝕溫度從600 oC升高到900 oC時(shí)，合金的腐蝕深度從8 μm逐漸增加到40 μm，同時(shí)隨著溫度升高，腐蝕失重增大，但增加速率下降。

(2) 熔鹽腐蝕后的晶界結(jié)構(gòu)明顯加寬并顯現(xiàn)出來(lái)，600 oC腐蝕后晶粒尺寸與腐蝕前相似約40 μm，但是當(dāng)腐蝕溫度升高到700 oC時(shí)，合金表面晶粒細(xì)化到5?20 μm不等，800 oC和900 oC的腐蝕使得晶粒重新粗化到40 μm，并且出現(xiàn)以Mo為主成分的析出物。

(3) 熔鹽中含有水、氧等雜質(zhì)時(shí)，合金在850 oC下的腐蝕使得腐蝕深度已經(jīng)遠(yuǎn)大于100 μm，并且出現(xiàn)Mo元素的脫溶，對(duì)比去水處理后的熔鹽腐蝕，表明Mo元素在熔鹽中無(wú)水環(huán)境下具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，但在有水存在的熔鹽環(huán)境中易于腐蝕。

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CLC TL341

Impact of temperature on the molten salt corrosion of Hastelloy-N alloys

LIU Ke1,2XU Liang1,2LIU Zhe1,2LONG Shilei1,2CAO Lingling1,2BAO Liangman1,2LI Xiaolin1,2ZHANG Guilin2LI Yan1,2,3
1(Key Laboratory of Nuclear Radiation and Nuclear Energy Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China)
2(Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Jiading Campus, Shanghai 201800, China)
3(ShanghaiTech University, Shanghai 200031, China)

Background: The demand for energy is growing with the rapid population growth and the expansion of the economy. As one of the six most promising Generation IV reactors, Thorium Molten Salt Reactor (TMSR) has been attracting increasing attention. Unlike the traditional Pressure Water Reactor (PWR), operating temperature of TMSR is varying from 565 oC to 850 oC and the nuclear fuels are dissolved in the molten salt LiF-BeF2-ZrF4-UF4(65-29.1-5-0.9 mol%). Considering the causticity of the molten salt, there are more stringent demands on the loops materials, including good mechanical properties, low activity, good chemical compatibility with the molten salt, and resistance to corrosion. To ensure the safe operation of the reactor, it is necessary to investigate the behavior of loop material corrosion in high-temperature molten salt. Purpose: This study is to explore the corrosion mechanism based on the change of microstructure and weight of the alloys corroded with same corrosion time and different corrosion temperatures. Methods: Data for the weight loss of the alloys before and after corrosion were obtained by weighing experiment. To identify microstructure changes of the alloys after corrosion, Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectrometer (SEM/EDS) were applied to measure the micro-elements changes and obtain corrosive morphology. Results: After molten salt corrosion, corroded areas of all samples exhibited enrichment of Mo and Cr elements loss. Considering the Cr oxides and fluorides generated during etching in the saturation solubility of the molten salt, which will be deposited on the surface of the alloy to form a protective layer for certain inhibition to corrosion, resulting the corrosion weight loss increases but the increasing rate decreases with the temperature of corrosion rises. Be different from the un-corroded alloy, grain boundary structure of the alloy revealed significantly widened after corrosion, and the grain size occurs after the first refinement coarsening phenomenon as the corrosion temperature increases. Conclusion: Corrosive environment has a great impact on alloy corrosion, molten salt corrosion showed significant intergranular corrosion characteristics, and corrosion at different temperatures showed different corrosion characteristics due to the effect of temperature on the rate of diffusion of atoms.

Molten salt, Ni-based alloy, Corrosion temperature, Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectrometer (SEM/EDS)

TL341

10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.020602

當(dāng)今社會(huì)伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口數(shù)量的迅速膨脹，對(duì)能源的需求也越來(lái)越大。核能和太陽(yáng)能被認(rèn)為是兩種最有開發(fā)前景的能源，但由于太陽(yáng)能存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低以及因地而異、因時(shí)而變的問(wèn)題，使得太陽(yáng)能的利用還不能起到支柱作用。因而，建造安全高效的核反應(yīng)堆是解決當(dāng)前能源問(wèn)題的最好辦法。作為第四代反應(yīng)堆的堆型之一的釷基熔鹽反應(yīng)堆(Thorium Molten Salt Reactor, TMSR)是可能改變目前能源結(jié)構(gòu)的重要途徑之一[1–3]。區(qū)別于傳統(tǒng)的壓水堆，釷基熔鹽堆的核燃料溶于熔融的氟鹽LiF-BeF2-ZrF4-UF4(65-29.1-5-0.9 mol%)中。因氟鹽LiF-NaF-KF具有良好的傳熱性能以及較低的蒸汽壓[4]（可降低對(duì)容器和管道的壓力），故在實(shí)驗(yàn)?zāi)M階段選擇LiF-NaF-KF作為熔鹽堆的初級(jí)冷卻劑。但是熔鹽具有腐蝕性，加之反應(yīng)堆在較高溫度(565?850 oC)環(huán)境下運(yùn)行，這對(duì)反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料以及熔鹽回路材料的安全性能提出了挑戰(zhàn)。為保證反應(yīng)堆的安全運(yùn)行，研究回路材料在高溫熔鹽腐蝕下的行為十分必要。20世紀(jì)60年代，由美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Hastelloy-N合金作為高溫結(jié)構(gòu)材料用在熔鹽反應(yīng)堆中[5]。有關(guān)Hastelloy-N合金的耐熔鹽腐蝕性能的研究，主要集中在某一特定溫度下的合金的熔鹽腐蝕，以及不同組分的合金耐熔鹽腐蝕情況[6–9]，但熔鹽對(duì)合金的腐蝕機(jī)理，至今還不太清楚。熔鹽腐蝕會(huì)造成合金表面元素(Cr)的選擇性脫溶，它的變化程度與熔鹽的溫度密切相關(guān)。某些表面元素的脫離，使合金表面和內(nèi)部的元素濃度存在一定的梯度，從而導(dǎo)致某些元素不斷向接觸熔鹽的表面遷移。這些遷移也與合金的環(huán)境溫度相關(guān)。因而在相同腐蝕時(shí)間內(nèi)，通過(guò)改變腐蝕溫度進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，通過(guò)腐蝕后樣品的失重測(cè)量以及通過(guò)電子掃描顯微鏡/能量擴(kuò)散光譜(Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectrometer, SEM/EDS)對(duì)腐蝕深度、腐蝕區(qū)域元素的分布及表面形貌的變化的觀測(cè)，探究在不同環(huán)境下的熔鹽腐蝕過(guò)程中合金元素的遷移變化規(guī)律以及隨著腐蝕的不斷進(jìn)行腐蝕速率的變化規(guī)律。

No.91136012)資助

劉可，男，1987年出生，2009年畢業(yè)于山東大學(xué)，現(xiàn)為博士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)榱Ｗ游锢砼c原子核物理

李燕，E-mail: liyan@sinap.ac.cn

2014-04-08，

2014-11-11