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离子辐照与LBE交互作用下FeCrAl合金表面氧化层演化机理研究

批准号:
12075292
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
庞立龙
学科分类:
粒子束与物质相互作用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
庞立龙

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
铅冷快堆(LFR)是第四代先进核能系统最具发展潜力的堆型之一,但是,高温辐照环境下LBE与结构材料的相容性问题成为制约LFR发展的重要瓶颈之一。研究表明在结构材料表面形成致密稳定的氧化层可以有效阻止铅铋的侵蚀,延长材料的服役寿命。然而辐照/LBE腐蚀交互作用使得结构材料界面微观结构演化过程更加复杂,将显著影响材料表面保护性氧化层的形成和稳定性。本项目针对辐照/LBE腐蚀交互作用对材料表面耐腐蚀氧化层演化机理的影响这一重要科学问题,选择性能优异的FeCrAl合金材料为研究对象,依托兰州重离子加速器提供的高能离子束和HLMIF装置开展实验,研究离子辐照与LBE交互作用下材料表面氧化层形成的动力学规律,揭示交互作用下材料内部微结构的演化过程和表面氧化层的形成过程及其机理,并对FeCrAl材料耐腐蚀行为进行综合评价和预测,为解决铅基堆研发面临的材料问题提供重要的科学依据和必要的数据支持。
英文摘要
Despite lead cooled fast reactor (LFR) is one of the most promising advanced nuclear power systems of the fourth generation, the compatibility of LBE with structural materials under environment of high temperature and irradiation has become one of the bottlenecks for the development the of LFR. The formation of a dense and stable oxide layer on the surface of structural materials shows a hope that it effectively cuts down the corrosion of LBE and prolongs the service life of the structural material. However, the interaction of irradiation/LBE corrosion which makes the microstructure evolution process of the interface between LBE and structural material more complicated, will significantly affect the formation and stability of the oxide layer. This project will be aimed at the important scientific problem of "the influence of irradiation/LBE corrosion interaction on the evolution mechanism of corrosion resistant oxide layer on the surface of materials ". FeCrAl alloy, a promising candidate structural material, is selected as the research object. The experiment of will be carried out on irradiation/LBE corrosion synergistic action device which relies on Lanzhou heavy ion accelerator (HIRFL). The dynamics of the formation of oxide film under the interaction of ion irradiation and LBE will be studied. Meanwhile, the evolution process of the near-surface structure of the material under the interaction and the mechanism of the stability/instability of the oxide film would be revealed. Finally, based on obtained experimental data, comprehensively evaluation and prediction of the corrosion resistance of FeCrAl will be given. It is also able to provide important scientific basis and necessary data support for solving the material problems faced by LFR.
本项目针对铅冷快堆(LFR)发展中的关键瓶颈问题——高温辐照环境下铅铋共晶合金(LBE)与结构材料的相容性问题展开系统研究。在项目支持下,发展了一种核用不锈钢钢表面FeCrAl合金及其表面耐LBE腐蚀氧化层的制备方法,并针对研发的Al2O3/FeCrAl体系开展了高温LBE中腐蚀行为、离子辐照、辐照后与LBE腐蚀交互作用的微结构演化行为及失效机制等一系列研究。.本项目通过离子液镀和热扩散技术成功制备了FeCrAl合金层,并采用选择性氧化工艺在其表面形成氧化铝层。系统研究了温度对氧化层抗腐蚀能力的影响,明确了在长时LBE腐蚀过程中合金层关键铝元素的演变,发现保护性氧化铝层在高温LBE中的损伤与自修复现象并揭示了其演化过程和形成机制,为Al2O3/FeCrAl体系的耐腐蚀性及其使役行为评价提供关键参考数据。利用He离子注入Al2O3/FeCrAl体系,揭示了氧化铝层中纳米晶界对He辐照损伤的抑制作用、Al2O3与FeCrAl层的相界面效应,发现了辐照导致氧化铝晶粒定向再生长现象;同时,评价了He离子注入后与LBE交互作用下Al2O3/FeCrAl体系的微结构演化行为,明确了不同的He量对氧化层的损伤是影响体系耐腐蚀性的关键。项目还开展了H离子辐照Al2O3单晶及后续LBE腐蚀行为研究,分别阐明了辐照损伤、H行为与表面损伤对材料耐腐蚀性的影响,并针对H对氧化铝的损伤提出了相应的缓解策略。对TiAlN表面氧化层的辐照后腐蚀行为研究表明,预辐照在腐蚀过程中对氧化物结构演变成双层起着重要作用,但几乎不影响氧化层的耐腐蚀性。此外,项目还开展了Al2O3/FeCrAl体系的热冲击实验,揭示了热冲击的温度效应及表面氧化层失效机制,为此体系在未来的工程应用中提供了重要的参考数据。最后,项目组成功开发了适用于大尺寸管道内壁的耐LBE腐蚀的表面氧化层的处理技术,具有广阔的工程应用前景,为我国铅铋堆的结构材料表面防腐蚀提供坚实可靠的技术支撑。
C/He混合离子束轰击引起的Ti3AlC2材料中缺陷形成及其演化机理研究
  • 批准号:
    11405231
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    庞立龙
  • 依托单位:
国内基金
海外基金