hastelloy n合金和316l不锈钢在lif-naf-kf熔盐中的腐蚀行为研究

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1、硕士学位论文HastelloyN合金和316L不锈钢在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为研究作者姓名：丁祥彬指导教师：周兴泰研究员中国科学院上海应用物理研究所学位类别：工学硕士学科专业：核能与核技术工程研究所：中国科学院上海应用物理研究所2015年5月InvestigationonthecorrosionbehaviorofHastelloyNand316LstainlesssteelinLiF-NaF-KFmoltensaltByXiangbinDingADissertationSubmittedtoTheUniv

2、ersityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofNuclearEnergyandNuclearTechnologyShanghaiInstituteofAppliedPhysicsMay,2015摘要摘要熔盐堆（MoltenSaltReactor,MSR）是第四代核反应堆国际论坛中提出的六种第四代核反应堆堆型之一。因熔盐堆具有核燃料可持续利用、较高的热转化效率、突出的固有安全性等优点而受到

3、广泛关注。熔盐堆也是中国科学院首批成立“未来先进核裂变”战略先导科技专项的重要组成。熔盐堆一回路和二回路的冷却剂选用高温氟化物熔盐，熔融氟化盐在高温状态下具有腐蚀性。回路管道、堆芯容器以及换热器等重要结构材料在高温熔融氟盐环境中面临着腐蚀问题，这也成为一个主要难题阻碍着熔盐堆发展和应用。HastelloyN合金和316L不锈钢是未来熔盐堆关键部件的两种候选结构材料，但关于这两种合金在高温氟盐中的耐腐蚀性差异却没有系统的研究报道，相关腐蚀机制也没有完全澄清。本课题主要利用静态腐蚀浸泡、原位电化学测量并结合扫描电子显微镜（

4、SEM）和电子探针显微分析仪（EPMA）等分析方法研究HastelloyN合金和316L不锈钢在高温熔融FLiNaK盐中的长期腐蚀行为，对比两种合金在高温FLiNaK熔盐中的耐腐蚀性差异，并对两种合金的腐蚀机理进行深入分析讨论。主要结果和结论如下：静态腐蚀实验结果发现，HastelloyN合金和316L不锈钢在FLiNaK熔盐中均表现为持续腐蚀，其中HastelloyN合金耐腐蚀性能优于316L不锈钢。HastelloyN合金表现为微弱的均匀腐蚀，Cr元素由合金基体均匀向外扩散。316L不锈钢主要以晶间腐蚀为主，Cr元

5、素沿晶界向外扩散。浸泡时间增加，HastelloyN合金单位面积失重先增加然后逐渐减小，316L不锈钢单位面积失重先快速增加，然后逐步趋于平稳。原位电化学测量发现，HastelloyN合金和316L不锈钢在FLiNaK熔盐中均发生活性溶解，无钝化现象。HastelloyN合金自腐蚀电位明显高于316L不锈钢，自腐蚀电流密度和阳极电流密度低于316L不锈钢。动电位极化曲线测量后，HastelloyN合金表面局部区域出现晶间腐蚀，截面未见明显腐蚀，Cr、Fe和Ni元素沿截面深度变化不大。316L不锈钢表面和截面均遭受严重晶

6、间腐蚀，发生明显晶粒脱落，Fe元素沿晶界明显腐蚀，Cr元素沿晶界也发生明显腐蚀。I摘要HastelloyN合金和316L不锈钢在FLiNaK熔盐中耐蚀性差异主要是由于两者化学组成不同，HastelloyN合金为镍基合金，腐蚀不严重，316L不锈钢为铁基材料，腐蚀严重。另外，石墨对HastelloyN合金和316L不锈钢腐蚀加速作用不同，也会影响两者在FLiNaK熔盐中的腐蚀行为差异。关键词：HastelloyN合金，316L不锈钢，电化学，熔盐腐蚀IIAbstractAbstractMoltensaltreactor(

7、MSR)isoneofthesixmostpromisingGenerationIVfissionreactorcandidate.It’salsoanimportantpartofthefutureadvancednuclearfissionbelongingtothestrategicleadingscienceandtechnologyprojectsofChineseacademyofsciences.Becauseofitsutilizationofnuclearfuelutilization,inheren

8、tsafety,highthermalefficiency,andsoon,MSRhasbeenpaidmoreandmoreattention.MoltenfluoridesaltshavebeenproposedforuseastheprimaryandsecondarycoolantsforMSR.However,thema