超临界二氧化碳环境中600合金和304不锈钢的均匀腐蚀行为研究

为遴选可用于超临界二氧化碳核反应堆的结构材料,通过实验研究了应用于传统核反应堆中的两种合金（600合金和304不锈钢）在650℃、20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为,运用增重法评价了材料的腐蚀动力学规律,采用扫描电镜、能谱仪和Ｘ射线衍射仪分析了氧化膜形貌、结构和化学成分。结果表明,两种材料的腐蚀增重均服从抛物线生长规律,其中600合金的耐腐蚀性能优于304不锈钢;腐蚀500 h后,600合金表面氧化物厚度约为5 μm,主要成分为NiCr₂O₄,结构致密,具有保护性,其氧化膜及基体中均未发现明显渗碳行为;腐蚀500 h后,304不锈钢表面氧化膜可达约45 μm,为双层结构,外层为Fe₃O₄,内层为NiFeCrO₄,结构疏松,发生显著渗碳现象。本研究揭示了上述材料在超临界二氧化碳中的腐蚀机理,为超临界二氧化碳核反应堆结构材料的选择提供了数据支持。      

含铝奥氏体耐热钢在超临界二氧化碳中的腐蚀行为

研究了20Cr-25Ni合金和一种新型结构材料含铝的奥氏体耐热钢（AFA钢）在600℃/20 MPa的超临界二氧化碳（S-CO₂）环境中的腐蚀行为,并对2种合金的氧化膜形貌、成分和结构进行分析。研究发现,20Cr-25Ni合金出现明显的腐蚀增重增长趋势,表现出“抛物线”上升规律;AFA钢腐蚀增重趋势缓慢,腐蚀1000 h后仅为2.11 mg/dm2。20Cr-25Ni合金表面出现粗大的氧化产物,随腐蚀时间延长,AFA钢的氧化膜始终保持致密、连续。通过氧化膜的截面形貌分析发现,20Cr-25Ni合金腐蚀后具有两层氧化膜结构,主要由Fe₃O₄和FeCr₂O₄氧化层以及少量尖晶石组成。而AFA钢中出现了3层氧化膜结构,中间和最内层分别为Cr₂O₃和Al₂O₃氧化膜,最外层分布了一层不连续的FeCr₂O₄尖晶石氧化物。由于形成了致密的Al₂O₃氧化膜,AFA钢的抗腐蚀性能大幅提升。      

奥氏体ODS钢在超临界水中的腐蚀行为

研究了奥氏体ODS钢（316-ODS）在600 ℃/25 MPa超临界水（SCW）中的腐蚀特性。采用腐蚀增重法、SEM、EDS和XRD分析了材料的氧化动力学、氧化膜的形貌、合金元素分布和组织结构。研究结果表明,316-ODS钢在SCW中出现了疖状腐蚀,同时还出现了敏化,其腐蚀增重服从幂指数生长规律。316-ODS钢表面氧化膜为双层结构,内层氧化膜富Cr贫Fe,其主要成分为FeCr₂O₄,而外层氧化膜富Fe贫Cr,其主要成分为Fe₃O₄。     

316NG不锈钢在硼-锂溶液中的电化学腐蚀行为研究

利用电化学方法获得316NG不锈钢（316NG）在300℃、pH=5~8硼-锂溶液中的极化曲线和交流阻抗（EIS），并绘制相应水化学条件下的电位-pH图。结果表明:碱性条件下钝化区尤其是二次钝化区极化电流急剧减小，pH=7~8时阳极极化表现出3次钝化现象，偏碱性条件极化阻抗显著高于偏酸性和近中性条件，说明碱性条件下316NG表面钝化膜保护效果更佳。pH=5时电化学极化后样品表面主要生成Cr₂O₃和Fe₂O₃；碱性条件下（pH=6~8）样品表面氧化膜为分层结构:最外层为Fe₃O₄，随深度增加开始出现NiFe₂O₄，内层成分主要为FeCr₂O₄。随着电导率升高，溶液电阻、电荷传递电阻和钝化膜电阻均显著降低。依据极化曲线绘制的电位-pH图与文献结果相吻合。      

HR3C在超临界水中的腐蚀性能研究

通过高压釜浸泡实验研究了超级奥氏体不锈钢HR3C在循环的超临界水（SCW）中的均匀腐蚀性能,实验温度分别为550、600、650 ℃,压力为25 MPa,并对实验后试样生成的氧化膜进行了SEM、EDS和XRD分析。实验结果显示,HR3C在SCW环境中的氧化腐蚀速率随着温度的升高而增大,1 500 h后650 ℃ SCW环境下材料的腐蚀增重约为550 ℃时的2倍。材料表面生成的氧化膜主要成分为FeCr₂O₃、Fe₃O₄和Fe₂O₃,内层氧化膜富Cr而外层氧化膜富Fe。     

锌对镍基690合金均匀腐蚀影响的XPS分析

在不加锌和加锌浓度为50ppb的两种模拟压水堆一回路水质环境下,对镍基690合金的腐蚀行为进行了研究。经过腐蚀浸泡1 500h后,用X射线光电子能谱(XPS)对其表面氧化膜结构进行深度分析。结果表明,Zn对内层氧化膜内的NiCr₂O₄和FeCr₂O₄中的Ni和Fe起到了置换作用,形成了ZnCr₂O₄。     

压水堆条件下锌对奥氏体不锈钢腐蚀性能的影响

模拟压水堆一回路冷却剂环境,对316和304奥氏体不锈钢在不加锌和加锌浓度为50ppb的315℃溶液中进行了两组500h腐蚀实验。结果表明,锌能有效地降低两种材料的均匀腐蚀速率,加锌后表面氧化膜厚度变薄,氧化膜形貌和成分也有明显改变,304不锈钢表面有大量针状腐蚀产物出现。     

超临界水堆候选材料的腐蚀特性研究

对铁素体/马氏体(F/M)耐热钢P92、奥氏体不锈钢316L和镍基合金690在600℃、23 MPa 超临界水中的腐蚀行为进行了研究.在600℃、23 MPa的超临界水中腐蚀625 h后,690合金、316L不锈钢和P92耐热钢的腐蚀增重速率分别为0.001 02、0.060 6、0.101 27 g/(m2·h).用扫描电子显微镜(SEM)进行观察后发现,超临界环境下F/M耐热钢P92的氧化膜为3层结构,奥氏体不锈钢316L的氧化膜为单层结构,镍基合金690表面生成了一层极薄且有点蚀的氧化膜.     

奥氏体304NG不锈钢在550℃/25MPa超临界水中的腐蚀行为

研究了304NG不锈钢在550℃/25MPa超临界水中的腐蚀特性。采用扫描电镜、X射线能谱仪和X射线衍射分析了氧化膜的腐蚀形貌、组织结构和元素成分分布。实验结果表明，在550℃/25MPa的超临界水中腐蚀1000h后，304NG不锈钢显示出优越的耐腐蚀性能，其均匀腐蚀增重速率仅为0.01299mg•dm^-2•h^-1。304NG不锈钢在超临界水中形成均匀致密、但带有疖状腐蚀的双层氧化膜，厚度约为2.0μm，内层氧化膜致密而富Cr和Ni，外层氧化膜疏松而富Fe。     

Fe-Al/Al2O3涂层表面氧化膜的掠入射X射线衍射研究

本文采用掠入射X射线衍射（GXRD）α-2θ扫描模式,进行了掠入射角α为0.1°～5°范围内Fe-Al/Al₂O₃阻氚涂层表面氧化膜的X射线衍射实验。结果表明,随α的增加,表面氧化膜中Al₂O₃相与Fe₃Al相对应的衍射峰强度绝对值增强;α的增加加深了分析区域的深度,引起Al₂O₃相的相对含量下降,导致Al₂O₃相对衍射峰强度降低。对Fe-Al/ Al₂O₃涂层表面氧化膜的掠入射X射线衍射而言,较佳的掠入射角是0.25°,此时对应Al₂O₃相的衍射峰相对强度最高。经比对PDF卡片,表面氧化膜相结构为暂态γ-Al₂O₃（200）。在此基础上建立了GXRD分析Fe-Al/ Al₂O₃涂层表面亚微米氧化膜的相结构组成的快速无损检测方法。     

堆芯熔融物被牺牲性材料稀释后的热物性计算

在压力容器内滞留熔融堆芯的过程中,应用牺牲性材料的堆芯熔融物稀释方案是先进轻水堆中一种新型的严重事故缓解措施。当堆芯熔融物被牺牲性材料稀释后,会形成三元或三元以上的熔融混合物。计算多元熔融混合物的热物性是进行牺牲性材料筛选、传热计算和评价稀释方案可行性的重要前提。本文比较了Fe₃O₄、TiO₂和Al₂O₃-3种候选氧化物牺牲性材料（OSM）的基本物性,并计算了熔融三元UO₂-ZrO₂-OSM混合物的密度、比热容、热导率和黏度。研究发现,为保证熔融结构发生翻转,需布置的Fe₃O₄材料的质量较大,而TiO₂和Al₂O₃材料的质量较小。混合物的比热容和热导率随着OSM添加量的增加而增大,而黏度随OSM添加量的增加而减小。混合物熔点T_c越小,在相同温度下混合物的黏性也越小。     

低活化马氏体钢在ITER水环境中的腐蚀性能研究

低活化马氏体钢作为聚变堆候选的结构材料，其腐蚀性能影响冷却回路辐射场的分布。本文选取CLAM、CNS-1和SCRAM-9 3种钢材，并用T91与3种钢材进行对比，分析4种材料的性能。整个实验回路温度维持在150 ℃，溶氧量小于0.01 mg/kg，pH值为7（20 ℃），电导率小于1 μS/cm，压力为1 MPa，水的流速设为6 m/s。实验后，所有样品均采用失重分析法、XRD、EDS及SEM分析。结果显示，随着时间的增加，材料的失重量增加，腐蚀速率减少。4种材料的失重量均遵循幂函数规律，T91钢的耐腐蚀性较另3种钢好，而3种材料中CLAM的抗腐蚀性能相对更好；样品表面氧化层变得越来越致密且非常薄。氧化层腐蚀产物主要是Fe₂O₃和Fe₃O₄。     

IVR中熔融堆芯被牺牲性材料稀释后的传热计算

应用牺牲性材料的堆芯熔融物稀释方案是先进轻水堆中一种新型的严重事故缓解措施。严重事故发生时,掉落的堆芯熔融物被氧化物牺牲性材料（OSM）稀释,导致熔池结构发生翻转,因此计算翻转后熔融池的传热行为是进行牺牲性材料筛选和评价稀释方案可行性的重要研究内容。本文计算了容器内滞留（IVR）中熔融堆芯被Fe₃O₄、TiO₂和Al₂O₃3种候选OSM稀释后压力容器壁面的热流密度分布。研究发现,布置OSM后,上腔室结构在强烈热辐射的作用下会熔化掉落。随着OSM布置量的增大,压力容器壁面最大热流密度减小,当布置15 m³的OSM时,压力容器伸长约2 m,此时壁面最大热流密度较未布置时减小约45%,且当布置相同体积的OSM时,Fe₃O₄导致的壁面最大热流密度减小最多。此外,UO₂-ZrO₂-OSM三元混合物的熔点高低会对氧化物层表面是否结壳产生影响,从而影响壁面最大热流密度。     

ATF用ODS-FeCrAl管材的耐腐蚀性能研究

针对尺寸为Φ9.5 mm×0.3 mm的氧化物弥散强化（ODS）-FeCrAl管材在360℃/18.6 MPa/100 d静态水溶液、360℃/18.6 MPa/1200 ppm B+2.2 ppm Li/100 d（1 ppm=10?6）动态水溶液、1200℃/0.1 MPa/8 h水蒸气中的腐蚀行为进行研究,利用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）等检测方法,分析管材表面氧化膜形貌、组织结构和元素分布。结果表明,360 ℃水溶液中极低的氧浓度使得ODS-FeCrAl管材在静态和动态水溶液的腐蚀产物主要是Fe₃O₄,质量增重分别为0.036 mg/cm2和0.36 mg/cm2,氧化膜厚度分别为管壁厚度的0.072%和0.72%;1200℃水蒸气腐蚀时,高温和充足的氧含量促使管材表面生成平均厚度为2.34 μm的α-Al₂O₃膜,延缓基体进一步氧化;腐蚀后的氧化膜表面和截面未发现开裂、孔洞等缺陷。与Zr-4管材参比试样相比,ODS-FeCrAl管材表现出优异的高温抗氧化、抗腐蚀性能。      

Quantitative analysis of the main components in ceramic raw materials based on the desktop LIBS analyzer

The concentrations of SiO₂, Al₂O₃, K2O, Na₂O, CaO, MgO, Fe₂O₃ and TiO₂, and loss on ignition (L.O.I.) are the main inorganic components of geological samples. Concentrations of the eight oxides and L.O.I. are also the main indicators of concern in the production of building ceramics. Quantitative analysis of the eight oxides and L.O.I. was performed using fiber-laser-based laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). A combination of continuous background deduction, full width at half maximum (FWHM) intensity integral and spectral sum normalization was proposed for data processing. After the data processing combined the continuous background deduction, FWHM intensity integral and spectral sum normalization, the mean absolute errors (MAEs) of the calibration of L.O.I., SiO₂, Al₂O₃, K2O, Na₂O, CaO, MgO, Fe₂O3 and TiO₂ was reduced from 2.03%, 12.06%, 4.84%, 1.10%, 0.69%, 0.31%, 0.11%, 0.20% and 0.10% to 1.80%, 9.48%, 2.12%, 0.36%, 0.58%, 0.11%, 0.08%, 0.19% and 0.05%, respectively. This multivariate method was further introduced and discussed to improve the analysis performance. The MAEs of L.O.I., SiO₂, Al₂O₃, K₂O and Na₂O were further reduced to 1.12%, 2.07%, 1.38%, 0.35% and 0.43%, respectively. The results show that the overall prediction error can meet the requirements for the production of building ceramics. The LIBS desktop analyzer has great potential in detection applications on geological samples.     

18-冠-6/LA/Fe3O4复合磁性纳米粒子的制备及其吸附性能研究

Fe₃O₄磁性纳米粒子（MNPs）比表面积大、吸附能力强,且在外磁场作用下易于液固分离,冠醚具有对铀酰离子选择性配位的能力。本研究制备了兼具两者特点和优势的18-冠-6/LA/Fe₃O₄复合磁性纳米粒子。其结构经红外（IR）、扫描电镜-X射线能谱（SEX/EDX）、振动样品磁强计（VSM）、热综合分析仪（TGA）进行表征,表明18-冠-6/LA/Fe₃O₄复合磁性纳米粒子的粒径为12～23 nm,饱和磁化强度为56.34 emu/g。用制得的复合磁性纳米粒子对溶液中铀酰离子进行初步吸附实验,在选定的条件下,平衡吸附率达95%,操作方法快速简便,吸附后的磁粒子可方便地进行富集和回收。