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我國在鐵鉻基合金氧化膜微觀結構演化研究中取得進展，為新型抗腐蝕材料研發提供關鍵科學依據

2023-10-31 14:43:43 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

鐵素體/馬氏體鋼和奧氏體鋼等鐵鉻基合金是以超臨界水冷堆、鉛冷快堆為代表的先進核能系統的首要候選材料。材料的抗腐蝕性能是決定先進核能關鍵系統部件能否安全服役的重要因素之一，材料表面氧化膜的微觀特性決定了其抗腐蝕性能。

中國科學院近代物理研究所先進核能中心核能工程材料室的研究人員以氧化膜中鎳元素富集為切入點，研究了鐵鉻基合金（15-15Ti 、316L、T91等）的早期氧化腐蝕行為以及氧化膜微觀結構的演化過程。相關成果于近日發表在Journal of Materials Science & Technology上。

前期研究發現，奧氏體鋼（15-15Ti、316L）氧化膜的鎳富集層由鐵鉻尖晶石氧化物和未氧化的富鎳相組成，同時在氧化膜中發現了大量的納米孔洞，這些孔洞是氧化劑內擴散的通道。基于鎳元素的空間分布和遷移行為，研究團隊揭示了富鎳層的演化過程并提出了一種氧化膜中納米孔洞的形成機制。

圖 T91 (a) 和 316L (b) 氧化膜的微觀結構示意圖

作為腐蝕過程中元素遷移和空位聚集的產物，孔洞對以擴散為主導的氧化腐蝕行為也有著重要影響。研究人員利用透射電子顯微鏡進一步對比研究316L和T91氧化膜的微結構，重點關注氧化膜中孔洞的形貌、分布、尺寸等微觀特性。

研究發現，不同于以往大多數基于光學顯微鏡和掃描電鏡的觀察結果，高分辨的透射電子顯微鏡觀測表明，在納米尺度下316L和T91氧化膜的內層比外層更加多孔。通過進一步分析，研究團隊明確了316L抗腐蝕性能優于T91的原因在于其多孔富鉻的內氧化層，闡明了氧化膜中納米孔洞對材料抗氧化腐蝕性能的影響機制。研究人員結合模型計算，揭示了鎳遷移擴散是奧氏體鋼316L內層氧化膜中納米孔洞形成的主導因素。