LiF-NaF-KF熔盐中碳化硅与镍基合金之间腐蚀诱导的相互作用研究
发布时间：2021-03-28 15:15
熔盐堆是第四代核反应堆候选堆型之一,采用氟化物熔盐作为冷却剂和燃料载体,选用镍基高温合金作为主要结构材料,具有固有安全性、无水冷却以及小型模块化等优势。碳化硅及其复合材料具有高温强度大、中子吸收截面较小、氚渗透性低等特点,在熔盐堆中有非常好的应用前景,可以被用于反应堆控制棒套管、燃料球的包壳等堆芯组件材料。由于氟化物熔盐具有强腐蚀性,碳化硅材料在氟化物熔盐中的耐腐蚀性能是评估碳化硅在熔盐堆中可用性的关键依据之一。碳化硅在氟化物熔盐中具有良好的耐熔盐本征腐蚀性能,但在熔盐堆运行过程中,氟化物熔盐腐蚀镍基合金会使得熔盐中含有少量金属腐蚀产物,金属腐蚀产物可能会对碳化硅材料产生腐蚀作用;同时,熔盐中碳化硅的腐蚀产物也可能影响金属材料腐蚀。因此,本课题针对碳化硅材料在熔盐堆中的腐蚀问题,研究了熔盐中镍基合金对碳化硅腐蚀的影响,研究了镍基合金腐蚀产物Cr3+对碳化硅腐蚀的影响及影响其机理,并进一步深入研究了碳化硅材料与镍基合金在熔盐中的相互作用。本论文开展的主要研究内容及其结论概述如下:采用静态腐蚀方法,将镍基合金和碳化硅材料共置于一个碳化硅坩埚中进行LiF-NaF-KF（...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
熔盐堆结构示意图
51.1.3.2 镍基合金在氟盐中的腐蚀行为金属材料在水、空气环境中的腐蚀行为与在氟盐中的腐蚀行为如图1.2所示。在常规的高温氧化环境中，合金中的铬、铝、硅等元素可以与环境中的氧发生反应，在合金表面生成氧化膜起到钝化效果，使得合金具有较好的抗氧化和腐蚀能力[ 25]。氟化物熔盐具有较强的腐蚀性，在氟化物熔盐环境中，合金的腐蚀行为通常表现为合金中的金属元素向熔盐中扩散溶解，在合金表面生成腐蚀孔。由于金属氧化物不耐熔盐腐蚀，合金表面没有钝化现象。图 1.2 合金在(a)高温氧化环境和 (b)氟化物熔盐中的腐蚀过程示意图Fig. 1.2 Schematics of corrosion process of alloy metals in (a) traditional high temperature and(b)molten fluoride environmentGH3535 和 Hastelloy N 等镍基合金中通常主要含有 Ni、Mo、Cr、Fe 等金属元素。Olson 等人[ 26]的研究表明，镍基合金在 FLiNaK 熔盐中耐腐蚀能力与其铬元素含量相关，镍基合金中 Cr 含量越高
LiF-NaF-KF 熔盐中碳化硅与镍基合金之间腐蚀诱导的相互作用研究如图 1.3所示。镍基合金中在氟化物熔盐中的腐蚀呈现晶间腐蚀特征(如图1.4所示)，主要表现为合金中 Cr 元素以氟化铬的形式向熔盐中扩散溶解[ 27]，其腐蚀行为与 Cr元素的扩散有着密切关系。ORNL根据 MSBR 运行的实验结果分析，镍基合金在熔盐中的腐蚀失重与腐蚀时间 t 之间满足经验公式： m/S = 2 0 式中： m 为合金失重量，S 为合金与熔盐接触面积，C0为合金中 Cr 的初始浓度，D 为扩散系数，t 为腐蚀时间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新一轮全球能源革命态势与中国应对[J]. 田慧芳. 中国发展观察. 2018(Z2)
[2]钍基熔盐堆和核能综合利用[J]. 徐洪杰,戴志敏,蔡翔舟,王建强. 现代物理知识. 2018(04)
[3]熔盐堆中结构材料的腐蚀研究[J]. 侯娟,俞国军,孙华,艾华,陈燕军,刘华剑. 核科学与工程. 2018(02)
[4]第四代核能系统的产生与发展[J]. 李雪峰,雷梅芳. 中国核工业. 2018(02)
[5]碳化硅在能源领域的应用及展望[J]. 赵敏,贺文智,朱昊辰,黄菊文,李光明. 上海节能. 2017(10)
[6]10 MW固态燃料钍基熔盐堆稳态物理-热工耦合[J]. 陈家豪,张海青,朱智勇. 核技术. 2017(08)
[7]基于熔盐快堆的模型优化与Th-U增殖性能研究[J]. 李光超,邹杨,余呈刚,孙建友,陈金根,徐洪杰. 核技术. 2017(02)
[8]钍基熔盐堆核能系统中熔盐的蒸馏纯化与分离[J]. 耿俊霞,窦强,王子豪,杨洋,黄卫,付海英,李文新,吴国忠,李晴暖. 核化学与放射化学. 2017(01)
[9]钍基熔盐堆核能系统[J]. 蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰. 物理. 2016(09)
[10]SiC/SiC陶瓷基复合材料研究及应用[J]. 邱海鹏,陈明伟,谢巍杰. 航空制造技术. 2015(14)
博士论文
[1]钙钛矿太阳能电池活性层结晶性与界面研究[D]. 张晓楠.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2018
[2]钙钛矿太阳能电池中界面电子结构的研究[D]. 季庚午.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
[3]氟熔盐体系腐蚀杂质及氧化物溶解行为的研究[D]. 彭浩.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
[4]GH3535合金焊接热影响区组织演变及性能研究[D]. 陈双建.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
[5]纳米碳化硅弥散强化镍基合金的制备及显微结构与性能研究[D]. 杨超.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
[6]GH3535耐蚀Ni基高温合金组织与性能研究[D]. 刘涛.大连理工大学 2015
[7]含Cr的镍基合金在熔盐环境中的腐蚀机理研究[D]. 邱杰.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[8]核石墨热解炭涂层的辐照损伤及熔盐浸渗特性的研究[D]. 冯尚蕾.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014
硕士论文
[1]碳化硅材料的合成与表征[D]. 庞巧莲.山东大学 2010
[2]高性能碳化硅陶瓷材料制备技术研究[D]. 常永威.南京理工大学 2009
[3]碳化硅外延材料生长温度场模拟和表征技术研究[D]. 闫新强.西安电子科技大学 2007
[4]CVD法SiC连续纤维制备技术[D]. 徐婷.西北工业大学 2006
本文编号：3105779
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
熔盐堆结构示意图
51.1.3.2 镍基合金在氟盐中的腐蚀行为金属材料在水、空气环境中的腐蚀行为与在氟盐中的腐蚀行为如图1.2所示。在常规的高温氧化环境中，合金中的铬、铝、硅等元素可以与环境中的氧发生反应，在合金表面生成氧化膜起到钝化效果，使得合金具有较好的抗氧化和腐蚀能力[ 25]。氟化物熔盐具有较强的腐蚀性，在氟化物熔盐环境中，合金的腐蚀行为通常表现为合金中的金属元素向熔盐中扩散溶解，在合金表面生成腐蚀孔。由于金属氧化物不耐熔盐腐蚀，合金表面没有钝化现象。图 1.2 合金在(a)高温氧化环境和 (b)氟化物熔盐中的腐蚀过程示意图Fig. 1.2 Schematics of corrosion process of alloy metals in (a) traditional high temperature and(b)molten fluoride environmentGH3535 和 Hastelloy N 等镍基合金中通常主要含有 Ni、Mo、Cr、Fe 等金属元素。Olson 等人[ 26]的研究表明，镍基合金在 FLiNaK 熔盐中耐腐蚀能力与其铬元素含量相关，镍基合金中 Cr 含量越高
LiF-NaF-KF 熔盐中碳化硅与镍基合金之间腐蚀诱导的相互作用研究如图 1.3所示。镍基合金中在氟化物熔盐中的腐蚀呈现晶间腐蚀特征(如图1.4所示)，主要表现为合金中 Cr 元素以氟化铬的形式向熔盐中扩散溶解[ 27]，其腐蚀行为与 Cr元素的扩散有着密切关系。ORNL根据 MSBR 运行的实验结果分析，镍基合金在熔盐中的腐蚀失重与腐蚀时间 t 之间满足经验公式： m/S = 2 0 式中： m 为合金失重量，S 为合金与熔盐接触面积，C0为合金中 Cr 的初始浓度，D 为扩散系数，t 为腐蚀时间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新一轮全球能源革命态势与中国应对[J]. 田慧芳. 中国发展观察. 2018(Z2)
[2]钍基熔盐堆和核能综合利用[J]. 徐洪杰,戴志敏,蔡翔舟,王建强. 现代物理知识. 2018(04)
[3]熔盐堆中结构材料的腐蚀研究[J]. 侯娟,俞国军,孙华,艾华,陈燕军,刘华剑. 核科学与工程. 2018(02)
[4]第四代核能系统的产生与发展[J]. 李雪峰,雷梅芳. 中国核工业. 2018(02)
[5]碳化硅在能源领域的应用及展望[J]. 赵敏,贺文智,朱昊辰,黄菊文,李光明. 上海节能. 2017(10)
[6]10 MW固态燃料钍基熔盐堆稳态物理-热工耦合[J]. 陈家豪,张海青,朱智勇. 核技术. 2017(08)
[7]基于熔盐快堆的模型优化与Th-U增殖性能研究[J]. 李光超,邹杨,余呈刚,孙建友,陈金根,徐洪杰. 核技术. 2017(02)
[8]钍基熔盐堆核能系统中熔盐的蒸馏纯化与分离[J]. 耿俊霞,窦强,王子豪,杨洋,黄卫,付海英,李文新,吴国忠,李晴暖. 核化学与放射化学. 2017(01)
[9]钍基熔盐堆核能系统[J]. 蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰. 物理. 2016(09)
[10]SiC/SiC陶瓷基复合材料研究及应用[J]. 邱海鹏,陈明伟,谢巍杰. 航空制造技术. 2015(14)
博士论文
[1]钙钛矿太阳能电池活性层结晶性与界面研究[D]. 张晓楠.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2018
[2]钙钛矿太阳能电池中界面电子结构的研究[D]. 季庚午.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
[3]氟熔盐体系腐蚀杂质及氧化物溶解行为的研究[D]. 彭浩.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
[4]GH3535合金焊接热影响区组织演变及性能研究[D]. 陈双建.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
[5]纳米碳化硅弥散强化镍基合金的制备及显微结构与性能研究[D]. 杨超.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
[6]GH3535耐蚀Ni基高温合金组织与性能研究[D]. 刘涛.大连理工大学 2015
[7]含Cr的镍基合金在熔盐环境中的腐蚀机理研究[D]. 邱杰.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[8]核石墨热解炭涂层的辐照损伤及熔盐浸渗特性的研究[D]. 冯尚蕾.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014
硕士论文
[1]碳化硅材料的合成与表征[D]. 庞巧莲.山东大学 2010
[2]高性能碳化硅陶瓷材料制备技术研究[D]. 常永威.南京理工大学 2009
[3]碳化硅外延材料生长温度场模拟和表征技术研究[D]. 闫新强.西安电子科技大学 2007
[4]CVD法SiC连续纤维制备技术[D]. 徐婷.西北工业大学 2006
本文编号：3105779
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