近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院核能安全技術(shù)研究所在結(jié)構(gòu)鋼液態(tài)金屬鋰鉛腐蝕研究方面取得新進(jìn)展，研究揭示了結(jié)構(gòu)鋼腐蝕與晶體取向的關(guān)聯(lián)性，相關(guān)成果發(fā)表在國際核材料期刊Journal of Nuclear Materials上。

液態(tài)金屬包層是目前國際上聚變堆包層設(shè)計(jì)研究的主要方案之一。聚變堆包層設(shè)計(jì)通常選用低活化鋼作為結(jié)構(gòu)材料，而液態(tài)金屬鋰鉛合金由于具有工作溫度高、導(dǎo)熱性能好和氚增殖比高等優(yōu)點(diǎn)，成為聚變反應(yīng)堆重要的候選氚增殖和冷卻劑材料。低活化鋼等結(jié)構(gòu)材料的耐液態(tài)鋰鉛腐蝕性能是液態(tài)金屬包層發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。

針對該問題，研究人員開展了低活化鋼在液態(tài)金屬鋰鉛中的腐蝕模擬研究，基于第一性原理計(jì)算揭示了腐蝕與晶體取向的關(guān)聯(lián)性。在液態(tài)鋰鉛與低活化鋼的接觸面，其排布的液態(tài)金屬元素優(yōu)先為鉛。盡管液態(tài)金屬元素在（110）、（001）和（111）表面吸附位的占據(jù)情況有差別，但其在接觸面處的覆蓋面密度幾乎一致。此外，計(jì)算表明，低活化鋼沿<110>晶向的腐蝕相較于其他晶向更容易發(fā)生。以上研究為低活化鋼耐腐蝕設(shè)計(jì)提供了重要參考依據(jù)。

該研究得到國家磁約束聚變能發(fā)展研究專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金等的資助。

結(jié)構(gòu)鋼/液態(tài)金屬鋰鉛界面結(jié)構(gòu)（左）及各晶向界面鐵原子的遷移能壘（右）