烧结316L纤维毡在500℃铅铋合金中腐蚀性能研究

摘要

铅铋共晶合金(LBE)具有良好的热物性、中子经济学以及较高的化学惰性，已成为目前铅冷快堆冷却剂的主要候选材料。LBE冷却反应堆运行中，由于可能的密封失效和材料腐蚀等原因将会在冷却剂中产生PbO杂质和Fe、Cr、Ni及其氧化物等腐蚀杂质，严重时将可能威胁反应堆的运行安全。过滤净化是目前广泛研究的可高效去除LBE中杂质的有效途径之一，而其中对滤材性能的研究是过滤技术研发的核心问题之一。本文选择过滤材料316L烧结纤维毡为实验对象，分别开展了不同氧浓度条件下其在LBE中的高温腐蚀及拉伸性能研究。主要研究内容与结论如下:
　　1.氧浓度对316L纤维毡在LBE中腐蚀行为的影响
　　开展了316L纤维毡在500℃条件下，氧浓度分别为10-8 wt％、10-6 wt％、8×10-4 wt％ LBE中浸润500 h的腐蚀实验研究。研究表明:1）氧浓度10-8 wt％条件下，纤维丝基体局部形成了富Cr的氧化膜，大部分区域由于Ni和Cr元素的选择性溶解发生奥氏体向铁素体的转变，且伴有铅铋向基体渗入的现象;2）氧浓度10-6 wt％条件下，316L纤维丝表面形成一层较薄且富含Fe和Cr的尖晶石氧化膜，纤维丝基体中未发现Pb和Bi渗透的现象;3）氧浓度8×10-4 wt％（即氧饱和）条件下，纤维丝表面形成富O的(Fe，Cr)3O4尖晶石氧化膜，LBE会穿过存在孔隙的氧化膜直接腐蚀基体。以上分析表明，随着氧浓度增加，纤维毡逐渐由溶解腐蚀转变为氧化腐蚀，氧浓度过低时纤维毡遭到组分溶解破坏，而氧浓度较高时，生成的氧化膜极易剥落，之后纤维毡的腐蚀加剧。在氧浓度10-6 wt％条件下，纤维毡的腐蚀程度最小。
　　2.316L纤维毡拉伸性能随腐蚀时间的变化规律
　　对在500℃、氧浓度10-6 wt％、静态LBE中腐蚀500 h、1000 h、1500 h的316L纤维毡开展了单向拉伸试验。结果表明:1）纤维毡的拉伸应力应变曲线分为三个阶段:弹性阶段、高应变下的塑性变形阶段和断裂阶段;2）随着腐蚀时间增加，纤维毡抗拉强度显著下降，原始样品的抗拉强度为16.05 MPa，而腐蚀后分别降至10.78 MPa、5.32 MPa和2.53 MPa。随腐蚀时间增加，纤维丝表面致密尖晶石氧化膜不断生长，一方面降低了纤维丝之间烧结结点的连接强度;另一方面造成了纤维丝有效丝径的减小，这是造成腐蚀后纤维毡整体抗拉强度下降的主要原因。
　　研究结果可为过滤材料316L纤维毡在LBE中服役，合理的氧浓度控制范围以及服役时间的确定，提供一定的数据参考与支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 铅冷快堆发展概况

1．2 铅冷快堆冷却剂过滤净化研究进展

1．2．1 杂质来源与性质

1．2．2 过滤净化发展现状

1．2．3 过滤材料研究现状

1．3 本文研究内容、意义与总体架构

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究意义

1．3．3 论文整体架构

第二章 液态铅铋腐蚀原理与研究方法

2．1 液态铅铋合金腐蚀理论

2．1．1 液态铅铋合金腐蚀原理

2．1．2 液态铅铋合金腐蚀类型

2．1．3 液态铅铋合金腐蚀影响因素

2．2 实验材料与研究方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验设备

2．2．3 实验过程

2．2．4 实验表征

2．3 本章小结

第三章 烧结316L纤维毡在不同氧浓度静态LBE中500 h腐蚀实验研究

3．1 氧浓度对纤维毡腐蚀形貌的影响

3．1．1 氧浓度10-4 wt％条件下的腐蚀形貌

3．1．2 氧浓度10-6 wt％条件下纤维毡的腐蚀形貌

3．1．3 氧浓度10-8 wt％条件下纤维毡的腐蚀形貌

3．1．4 不同氧浓度下纤维毡腐蚀形貌对比分析

3．2 氧浓度对纤维毡腐蚀产物的影响

3．2．1 氧浓度10-4 wt％条件下的腐蚀产物

3．2．2 氧浓度10-6 wt％条件下的腐蚀产物

3．2．3 氧浓度10-8 wt％条件下的腐蚀产物

3．2．4 不同氧浓度腐蚀产物的对比分析

3．3 本章小结

第四章 氧浓度10-6 wt％下烧结316L纤维毡拉伸性能随腐蚀时间的变化规律

4．1 烧结纤维毡拉伸断裂行为

4．1．1 纤维毡拉伸断裂过程

4．1．2 纤维毡的抗拉强度

4．2 纤维毡的腐蚀形貌分析

4．2．1 断口形貌

4．2．2 表面形貌及物相

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

在学期间发表论文情况

参与项目及获得奖励情况

致谢