熔盐堆(Molten salt reactor, MSR)是第四代先进核反应堆中唯一的液态燃料反应堆,因在热转化效率、中子经济性、固有安全性、在线燃料循环、核废料处理等方面具有无可比拟的优势而备受国内外研究者的关注。熔盐的选择对MSR的运行安全及...熔盐堆(Molten salt reactor, MSR)是第四代先进核反应堆中唯一的液态燃料反应堆,因在热转化效率、中子经济性、固有安全性、在线燃料循环、核废料处理等方面具有无可比拟的优势而备受国内外研究者的关注。熔盐的选择对MSR的运行安全及效率至关重要。熔融氟化盐如LiF-BeF2(FLiBe)、LiF-NaF-KF(FLiNaK)等具有较小的热中子吸收截面、高热导率、高比热容、良好的流动性、低的蒸气压(高温时)、良好的高温稳定性等一系列优异的热物化性能,被公认为MSR最理想的冷却剂和核燃料载体。目前,国内外均选用镍基合金作为MSR的主要结构材料。然而,超强高温腐蚀性熔融氟盐的存在对镍基合金提出了苛刻的要求。目前,国内外学者们对熔盐堆用镍基合金在熔融氟盐中腐蚀行为的研究主要集中在两个方面:一是镍基合金在熔融氟盐中热腐蚀行为的影响因素及微观机制,二是提高镍基合金的耐高温熔盐腐蚀性能。一般认为,镍基合金在熔融氟盐中的腐蚀机制主要包括以下四种:本质腐蚀、氧化性杂质引起的腐蚀、温差驱动的腐蚀和异种材料引起的腐蚀。因此,合金自身和熔盐腐蚀环境是影响镍基合金在氟盐中热腐蚀行为的两大主要因素。在合金自身方面,主要为合金元素(Ni、Cr、Mo、Fe、Si等)及含量、合金显微组织(晶界特征、组织缺陷等)的影响;在熔盐腐蚀环境方面,主要为熔盐组分、熔盐中的杂质及腐蚀产物、熔盐温度、坩埚材质、核裂变产物等的影响。目前,提高镍基合金耐熔盐腐蚀性能的主要途径有:在镍基合金方面,包括有微合金化(添加Ti、RE等)、晶界工程处理、陶瓷相增强复合材料技术;在熔盐方面,包括熔盐纯化、添加单质金属(如Zr、Be、Li等)降低熔盐的氧化还原势等。此外,采用电镀法、激光熔覆法、化学气相沉积法、等离子喷涂法等表面改性技术在镍基合金上制备金属涂层(Ni、Co、Mo、NiCoCrAlY等)和陶瓷涂层(氮化物如AlN、碳化物如SiC)。本文重点综述了镍基合金在熔融氟盐中热腐蚀行为的主要影响因素及微观机制,以及国内外研究者在提高镍基合金耐高温熔盐腐蚀性能方面的研究进展。针对当前已开发的镍基合金与强腐蚀性的熔融氟盐相容性亟待解决的一些关键基础问题,提出了未来镍基合金在熔融氟盐工程应用中的主要技术方向和发展趋势,为耐高温氟盐腐蚀材料的研究和开发提供重要思路。展开更多
基金Projects(2017YFC0210404, 2017YFC0210403) supported by the National Key Technology R&D Program of ChinaProjects(U1760120, 51504059) supported by the National Natural Science Foundation of China。
文摘熔盐堆(Molten salt reactor, MSR)是第四代先进核反应堆中唯一的液态燃料反应堆,因在热转化效率、中子经济性、固有安全性、在线燃料循环、核废料处理等方面具有无可比拟的优势而备受国内外研究者的关注。熔盐的选择对MSR的运行安全及效率至关重要。熔融氟化盐如LiF-BeF2(FLiBe)、LiF-NaF-KF(FLiNaK)等具有较小的热中子吸收截面、高热导率、高比热容、良好的流动性、低的蒸气压(高温时)、良好的高温稳定性等一系列优异的热物化性能,被公认为MSR最理想的冷却剂和核燃料载体。目前,国内外均选用镍基合金作为MSR的主要结构材料。然而,超强高温腐蚀性熔融氟盐的存在对镍基合金提出了苛刻的要求。目前,国内外学者们对熔盐堆用镍基合金在熔融氟盐中腐蚀行为的研究主要集中在两个方面:一是镍基合金在熔融氟盐中热腐蚀行为的影响因素及微观机制,二是提高镍基合金的耐高温熔盐腐蚀性能。一般认为,镍基合金在熔融氟盐中的腐蚀机制主要包括以下四种:本质腐蚀、氧化性杂质引起的腐蚀、温差驱动的腐蚀和异种材料引起的腐蚀。因此,合金自身和熔盐腐蚀环境是影响镍基合金在氟盐中热腐蚀行为的两大主要因素。在合金自身方面,主要为合金元素(Ni、Cr、Mo、Fe、Si等)及含量、合金显微组织(晶界特征、组织缺陷等)的影响;在熔盐腐蚀环境方面,主要为熔盐组分、熔盐中的杂质及腐蚀产物、熔盐温度、坩埚材质、核裂变产物等的影响。目前,提高镍基合金耐熔盐腐蚀性能的主要途径有:在镍基合金方面,包括有微合金化(添加Ti、RE等)、晶界工程处理、陶瓷相增强复合材料技术;在熔盐方面,包括熔盐纯化、添加单质金属(如Zr、Be、Li等)降低熔盐的氧化还原势等。此外,采用电镀法、激光熔覆法、化学气相沉积法、等离子喷涂法等表面改性技术在镍基合金上制备金属涂层(Ni、Co、Mo、NiCoCrAlY等)和陶瓷涂层(氮化物如AlN、碳化物如SiC)。本文重点综述了镍基合金在熔融氟盐中热腐蚀行为的主要影响因素及微观机制,以及国内外研究者在提高镍基合金耐高温熔盐腐蚀性能方面的研究进展。针对当前已开发的镍基合金与强腐蚀性的熔融氟盐相容性亟待解决的一些关键基础问题,提出了未来镍基合金在熔融氟盐工程应用中的主要技术方向和发展趋势,为耐高温氟盐腐蚀材料的研究和开发提供重要思路。
