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。
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
