1043 / 2023-02-15 20:48:56

FeCrNiAl系高熵合金在液态铅铋（LBE）中的冲蚀行为研究

摘要：液态重金属铅铋共晶(LBE)由于其优异的核和热物理性能，被广泛认为是第四代铅冷快堆(LFRs)和加速器驱动系统(ADS)反应堆的候选冷却剂。苛刻服役环境对传统结构材料与LBE的化学和机械兼容性提出了极高的要求。FeCrNiAl系高熵合金在高温反应气氛中的实际应用方面具有重要意义，被广泛认为是一种潜在的核能应用候选材料。本课题制备了两种FeCrNiAl系高熵合金（含NbTi的HEA1与含Mo的HEA2），在超高流速（5m/s）、高温（350 ℃与450 ℃）的液态铅铋中开展长时间（3000 h）腐蚀测试。结果表明，在350 ℃时，两种合金受冲刷腐蚀程度较轻，氧化腐蚀为主要的腐蚀机制。HEA1表面形成了AlCr基氧化层+富Fe、Ni过渡层的双层结构，HEA2合金表面主要为Al基氧化层。450 ℃时，两种合金腐蚀机制为溶蚀+冲蚀+铅铋侵蚀。HEA2中，B2-NiAl相展现出优异的热稳定性与耐LBE腐蚀性，其通过限制耗尽区的扩展减缓了溶蚀-冲蚀的过程。此外，迎角通过改变铅铋冲击造成的法向力与切向力比值进而改变冲蚀模式。EBSD-KAM图显示迎角90°与30°处界面下方有明显的应力集中，原始奥氏体晶粒细化晶粒取向几乎完全改变，证实了铅铋冲击导致合金的塑性变形。迎角30°处，流动铅铋对合金表面造成严重的刮擦与切削作用，导致表面粗糙度增加。迎角90°处，流动铅铋对合金表面作用方式主要为挤压和冲击变形，累积应力诱导材料发生剥落并因此产生冲蚀凹坑。

关键词：铅铋共晶；高熵合金；氧化腐蚀；冲蚀；迎角



图：450 ℃条件下迎角30°与90°处流动LBE对材料冲蚀作用方式及材料流失的示意图