【摘 要】
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熔盐堆是一种第四代先进核反应堆的优选堆型之一,具有高热效率、固有安全性和可模块化等诸多优势[1]。熔盐堆很高的服役温度（650℃）以及液态燃料设计使其结构材料面临着燃料熔盐和裂变产物的共同腐蚀问题[2]。Hastelloy N合金是一款专门为熔盐堆设计的镍基高温合金材料,具有良好的高温强度和耐熔盐腐蚀性能,但是在裂变产物碲的作用下,会发生表面沿晶开裂,严重威胁着熔盐堆的服役安全[3]。长期以来,研
【出 处】
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第十一届全国腐蚀与防护大会论文摘要集
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熔盐堆是一种第四代先进核反应堆的优选堆型之一,具有高热效率、固有安全性和可模块化等诸多优势[1]。熔盐堆很高的服役温度（650℃）以及液态燃料设计使其结构材料面临着燃料熔盐和裂变产物的共同腐蚀问题[2]。Hastelloy N合金是一款专门为熔盐堆设计的镍基高温合金材料,具有良好的高温强度和耐熔盐腐蚀性能,但是在裂变产物碲的作用下,会发生表面沿晶开裂,严重威胁着熔盐堆的服役安全[3]。长期以来,研究者们一直认为碲对合金的损伤为晶界偏析诱导的晶界弱化的液态金属腐蚀机制[4]。然而真实熔盐堆中若干构件的解剖表明,在无应力条件下合金依然会发生与碲相关的沿晶开裂,暗示存在着碲/熔盐下的耦合腐蚀损伤机制[5],但是未能得到清晰的阐述。本研究采用不含碲和含碲的高镍FliNaK熔盐作为腐蚀剂,获得良好的加速腐蚀效应,结果表明碲的存在的确会在无应力下导致合金的沿晶开裂。进一步表面和截面形态和成分分析发现,不含碲腐蚀试验中Ni离子与合金中活性元素发生了氧化还原反应,导致了熔盐中合金表面活性元素的流失,体现出熔盐腐蚀效果。而在含碲腐蚀试验中,上述氧化还原反应在合金表面和晶界上同时发生,其中晶界由于元素流失形成孔洞,继而形成最终的沿晶开裂。俄歇实验表明沿晶开裂的晶界上存在碲的富集。通过第一性原理计算发现,碲的偏析会导致晶界扩张,同时降低了活性元素的扩散势垒,导致了碲偏析与熔盐腐蚀的耦合损伤机制的发生。本研究的成果为熔盐堆中碲脆损伤下的构建寿命评估和防护方案的设计提供了坚实的基础。
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