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熔盐堆(Molten Salt Reactor, MSR)被列入6种第四代先进核反应堆候选堆型之一,具有热转化效率高、固有安全、核燃料可持续利用等诸多优点。目前国际上对 MSR中的主要结构材料均选用Hastelloy N合金,但其高温、强腐蚀环境对材料的要求非常苛刻。因此,如何提高具有优良综合性能的Hastelloy N合金的耐熔盐腐蚀性能,是保证这一新型候选金属结构材料能在MSR中长期稳定运行所必须关注的重要问题之一。 本论文采用表面涂层技术在熔盐堆用结构材料Hastelloy N合金表面制备了三类涂层。一方面,利用激光熔覆技术制备了NiCoCrAlY和纯金属(Ni、Co)涂层;另一方面,利用电沉积技术制备了纯 Ni涂层,获得了理想的耐熔盐腐蚀涂层。利用自主搭建的腐蚀装置进行静态腐蚀实验,采用失重腐蚀法、XRD、SEM对Hastelloy N基材和涂层的物相组成、显微组织、腐蚀行为及腐蚀机理进行分析,以期为熔盐堆用Hastelloy N合金表面制备高温耐熔盐腐蚀涂层的工程应用提供实验依据和理论参考。主要结论如下: (1)激光熔覆NiCoCrAlY涂层表面连续平整,且致密均匀,无孔隙、裂纹等缺陷,呈现良好的冶金结合。涂层腐蚀前由γ-Ni、Al0.983Cr0.017、AlNi3等物相组成,腐蚀后仅存在γ-Ni相。Hastelloy N基材腐蚀前由γ-Ni和Mo等物相组成,腐蚀后新析出Cr1.12Ni2.88相。NiCoCrAlY涂层和基材在熔盐中均受到持续腐蚀,腐蚀失重分别为0.1512 mg/mm2和0.3257 mg/mm2。 (2)激光熔覆纯金属(Ni、Co)涂层表面连续平整,组织均匀致密,无裂纹、气孔等缺陷。纯Ni涂层腐蚀前主要由γ-Ni、NiO、Cr2O3等物相组成,腐蚀后仅存在γ-Ni相。纯 Co涂层腐蚀前主要由γ-Co和Cr2O3等物相组成,腐蚀后仅存在γ-Co相。纯Ni和纯Co涂层的腐蚀失重分别为0.1263 mg/mm2和0.1529 mg/mm2。 (3)电沉积纯Ni层质量良好,表面平整光滑,组织细致均匀,无孔隙、起皮等现象;镀Ni层经过热处理后镀层/基体的结合力增强。原始电沉积纯Ni层腐蚀前主要由γ-Ni和Cr2Ni3等物相组成,腐蚀后Cr2Ni3转变为Cr1.12Ni2.88相。而热处理后的电沉积纯Ni涂层腐蚀前后均仅含γ-Ni物相。电沉积纯Ni层原始试样与热处理试样的腐蚀失重分别为0.337 mg/mm2和0.169 mg/mm2。 (4)Hastelloy N基材主要以典型的晶间腐蚀为主,其中Cr元素沿晶界发生选择性脱溶腐蚀。涂层试样均表现为轻微的均匀腐蚀,少量元素由涂层均匀向熔盐扩散流失腐蚀。其中 NiCoCrAlY涂层中的Al元素充当“消耗品”由涂层均匀向外扩散,形成的腐蚀产物可阻碍涂层中其它元素的扩散从而保护基材。而纯金属涂层和电沉积Ni层中的Ni或Co元素自身较耐熔盐腐蚀,可阻挡基体元素向熔盐中流失。