【摘 要】
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第四代核反应堆国际论坛上提出了6种核反应堆堆型,熔盐堆是其中唯一的液体燃料反应堆。熔盐堆具有安全性高、热转化效率高,核废料少等优点而受到全世界的广泛关注。在熔盐堆
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第四代核反应堆国际论坛上提出了6种核反应堆堆型,熔盐堆是其中唯一的液体燃料反应堆。熔盐堆具有安全性高、热转化效率高,核废料少等优点而受到全世界的广泛关注。在熔盐堆系统中,熔融氟化盐是核燃料载体和冷却剂。由于熔融氟化盐在高温下具有很强的腐蚀性,因此结构材料在熔融氟化物中的腐蚀成为熔盐堆应用和发展中不可回避的问题之一。Ni是一种具有优异抗熔融氟化物腐蚀性能的金属,Ni涂层能显著提高含Cr合金的抗熔融氟化盐腐蚀性能,但在长期运行中仍无法抑制不锈钢基体中Cr的外扩散及孔洞的形成。而陶瓷扩散障在抑制元素互扩散方面具有一定的优势,其中,氧化物陶瓷材料作为扩散障在高温涂层领域已有大量成功的应用。因此,本文通过在316L不锈钢表面脉冲电沉积Ni(NiO)过渡层,随后电沉积制备纯Ni层,再经高温氧化最终形成Cr2O3/Ni复合涂层。研究了Cr2O3涂层作为扩散障抑制基体合金与Ni涂层的元素互扩散性能,并研究了Cr2O3/Ni复合涂层在700℃熔盐中的腐蚀行为。本文取得的主要结果如下:(1)采用脉冲电沉积方法在316L不锈钢基体表面制备了Ni(NiO)过渡层和外层Ni层。通过调节脉冲电源参数,得到最适宜的脉冲电沉积Ni(NiO)过渡层的工艺条件:平均电流密度10 A·dm-2、占空比80%、正占空比60%、频率100 Hz、温度55°C、镀液中纳米NiO的含量50 g·L-1、电镀时间200s。(2)Ni(NiO)过渡层经真空高温氧化后在316L不锈钢基体表面原位生成Cr2O3扩散障,形成Cr2O3/Ni复合涂层。研究热处理工艺(如时间和温度)对Cr2O3扩散障生长规律的影响,建立Cr2O3扩散生长的动力学模型,在900℃、8h的热处理条件下可以得到满足实验需求的平均为1μm厚的连续Cr2O3扩散障;并通过对Cr等元素在基体表面单一Ni涂层和Cr2O3/Ni复合涂层中的扩散动力学的研究,得出与单一Ni涂层相比,Cr2O3/Ni复合涂层能够有效抑制不锈钢基体中的Cr元素向外层耐蚀Ni层中扩散。(3)采用电化学测试技术研究了316L不锈钢、Ni涂层及Cr2O3/Ni复合涂层在熔融氟化盐中的腐蚀行为。结果表明:与基体相比,Cr2O3/Ni复合涂层的腐蚀电位更正,其腐蚀电流密度减小五倍多;电化学阻抗谱也表明Cr2O3/Ni复合涂层具有较好的耐熔盐腐蚀性能。
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