Fe基非晶合金乏燃料贮存环境下腐蚀行为随温演变机理研究

【作者】 王德斌； 张锁德； 王建强；

【机构】 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心；

【摘要】 随着我国核工业快速发展,乏燃料储量规模日益增加。这些乏燃料具有放射性强、毒性大、有发生临界事故危险等特点,会危及人类的生存和健康,因此,确保乏燃料的贮存安全是核电持续发展的重要保障。Fe基非晶合金由于其原子排列长程无序短程有序的结构特点,具有优异的耐蚀性能,并且B元素在Fe基非晶合金中不受固溶度的限制,提高B含量可增强其中子吸收性能,因此,高硼Fe基非晶合金在乏燃料贮存领域具有极大的应用前景。但是对于Fe基非晶合金及涂层在实际乏燃料湿法贮存环境下腐蚀行为尚未有系统研究,其腐蚀行为随温演变机理与晶态合金的差异也尚未清楚阐明。针对以上问题,结合电化学和表面分析技术,对比研究了乏燃料湿法贮存环境下温度对SAM2X5高硼Fe基非晶合金和316L不锈钢腐蚀行为的影响。研究结果表明,随着乏燃料湿法贮存水环境温度的升高,Fe基非晶合金钝化膜生长变慢,钝化膜中的Cr氧化物含量和钝化膜的电子功函数降低,缺陷密度增加,导致了钝化膜的保护性能下降。进而使Fe基非晶合金的钝化电流密度随温度增加较316L不锈钢明显。另一方面,Fe基非晶合金亚稳态特征和成分结构均匀特性抑制了其点蚀的萌生,较低的活化能和较高的离子扩散阻力抑制了其点蚀的稳定生长,使Fe基非晶合金在较高温度下仍然具有优异的耐局部腐蚀性能,提高其服役寿命。上述工作澄清了Fe基非晶合金在乏燃料湿法贮存环境中的腐蚀行为随温演变机理,为Fe基非晶合金及涂层在乏燃料贮存领域工程化应用打下了基础。更多还原