【摘 要】
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铁素体/马氏体钢,如Fe-9Cr合金(T91钢)和Fe-11Cr合金(SIMP钢),具有低热膨胀系数和低辐照肿胀系数、高热导率及良好的抗蠕变、抗疲劳等诸多优异的热物理性和机械性能。被选为第Ⅳ代铅冷快速反应堆和加速器驱动次临界装置(ADS)的主要候选材料。在反应堆的运行工况下,高温、高流速和高密度的液态铅铋合金(LBE)会对反应堆结构材料产生腐蚀作用,降低其服役寿命。为了提高铁素体/马氏体钢在LBE
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铁素体/马氏体钢,如Fe-9Cr合金(T91钢)和Fe-11Cr合金(SIMP钢),具有低热膨胀系数和低辐照肿胀系数、高热导率及良好的抗蠕变、抗疲劳等诸多优异的热物理性和机械性能。被选为第Ⅳ代铅冷快速反应堆和加速器驱动次临界装置(ADS)的主要候选材料。在反应堆的运行工况下,高温、高流速和高密度的液态铅铋合金(LBE)会对反应堆结构材料产生腐蚀作用,降低其服役寿命。为了提高铁素体/马氏体钢在LBE环境中的耐腐蚀性,采用磁控溅射法在Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金上制备了AlOx(x<1.5)涂层和铬涂层。在本工作中,将Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金置于600℃和700℃的高温LBE中腐蚀不同时间,然后利用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对腐蚀后的样品进行表征。本论文的主要工作包括以下四个部分:(1)利用磁控溅射法在Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金表面制备AlOx涂层和铬涂层,并利用多功能摩擦磨损测试仪测试AlOx涂层和铬涂层与基体的结合力。(2)将表面有AlOx涂层的Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金放置于600℃的LBE溶液中腐蚀300 h和600 h,腐蚀实验结束后将样品取出,并清洗干净。利用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对腐蚀后的样品进行表征。实验结果表明AlOx涂层在600℃LBE中腐蚀300 h后,涂层完整性较好,能有效阻挡基体中铁,铬元素以及LBE中氧元素的迁移,有效防止氧化物的形成,提高Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金在高温LBE中的耐蚀性。但在600℃LBE中腐蚀700 h后,AlOx涂层的完整性难以得到保证。(3)将表面有铬涂层的Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金放置于600℃的LBE溶液中腐蚀100 h和300 h,腐蚀实验结束后将样品取出,并清洗干净。利用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对腐蚀后的样品进行表征。实验结果表明铬涂层在600℃的LBE溶液中腐蚀100 h和300 h后,铬涂层面均未生成氧化物,说明铬涂层在Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金表面能作为有效屏障,能有效阻挡基体中铁,铬元素和氧元素在LBE中的迁移,防止氧化物的形成,提高Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金在高温LBE中的耐蚀性。(4)将表面有铬涂层的Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金放置于700℃的LBE溶液中腐蚀50 h和140 h,腐蚀实验结束后将样品取出,并清洗干净。利用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对腐蚀后的样品进行表征。实验结果表明铬涂层在700℃的LBE溶液中腐蚀50 h和140 h后,铬涂层面和无涂层表面均生成氧化物。通过能谱分析可知,铬涂层在腐蚀后形貌依然完整且致密,说明铬涂层在Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金表面能作为有效屏障,能有效阻挡基体中铁、铬元素和LBE中氧元素的相互迁移,有效防止氧化性的形成,提高Fe-9Cr合金和Fe-11Cr合金在高温LBE中的耐蚀性。
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