以鉛鉍共晶(LBE)為冷卻劑的鉛基反應堆因其具有高能量密度、固有安全性和高燃料利用率等特點，被選為第四代反應堆堆型之一。鐵素體/馬氏體(F/M)鋼因其良好的導熱性和耐高溫、抗輻照等優點，可作為鉛基反應堆的候選結構材料。然而，F/M鋼在LBE中的腐蝕問題會影響其服役壽命。通常，氧化膜的演化是結構材料腐蝕過程的具體表現，因此關注氧化膜的演化規律對于研究結構材料耐LBE腐蝕機理具有重要意義。

針對上述問題，研究人員研究了高溫LBE環境下鈰(Ce)對中國低活化馬氏體(CLAM)鋼氧化膜演化的影響與作用機理。腐蝕試驗結果顯示：500h時，CLAM鋼樣品和Ce-CLAM鋼樣品分別產生了近似圓形、板條狀的磁鐵礦島嶼(圖1);1500h時，CLAM樣品氧化膜發生明顯脫落，而Ce-CLAM僅發生局部脫落(圖2)。與CLAM鋼樣品相比，Ce-CLAM鋼樣品的氧化膜顯示出較好的連續性、完整性和粘附性。在此基礎上提出了Ce影響磁鐵礦形貌機理模型(圖3)和氧化膜演化模型。這些可為鉛冷快堆結構材料耐LBE腐蝕性能的深入研究提供一定實驗數據與理論參考。

該項研究工作得到國家重點研發計劃、中國科學院青年創新促進會及中國科學院國際合作項目的資助。

圖1 腐蝕500h后試樣的典型表面形貌與掃描結果

圖2 腐蝕1500h后典型表面形貌與掃描結果(a-b)CLAM，(c-d)Ce-CLAM

圖3 CLAM鋼和Ce-CLAM鋼樣品島狀磁鐵礦生長機理模型