中國核工業已近60年，已經設計與建造了生產堆、研究堆和核潛艇動力堆等。在核工業中鋁及鋁合金主要用作低、中溫水堆（石墨水生產堆、實驗研究水堆及某些重水實驗堆）燃料元件的包殼、工藝管、輔助管道及其他結構材料等。工業純鋁在溫度為100℃~130℃的水冷反應堆中得到廣泛的應用。

 

 

　　在反應堆中，作為熱交換介質的水所引起的腐蝕比常規熱電站中的嚴重得多。一般說來，鋁材在50℃以下的水中發生點蝕，在50℃~250℃水中以均勻腐蝕為主，在300℃以上水中則發生晶間腐蝕。

 

　　實踐證明：選用耐點蝕的鋁合金；提高鋁合金純度，以免產生陽級性的夾雜物；提高堆用水純度，嚴格控制水中有害離子含量都是提高鋁材耐點蝕的有效措施。此外，對鋁材進行陽極氧化處理也能提高其對點蝕的抵抗能力，不過水的溫度不能高于100℃，否則效果不佳。

 

　　作為元件包殼或工藝管的鋁材，在加工、運輸與安裝過程中，其表面都不可避免地會產生種種避部損傷，如劃痕、碰傷、氧化膜缺陷等，它們加速陰極去極化反應，也易使電位比鋁的更正的重金屬在此處沉積，從而加速鋁陰極的離子溶解作用，加速腐蝕。但只要損傷深度不超過一定值（低溫水堆用的鋁材的容許安全值為0.15mm~0.30mm），不會引起異常的加速腐蝕，在低溫水堆的特定條件下，可安全使用。
 

 

　　在中溫水中，鋁主要發生均勻腐蝕。因此，水中的離子對其腐蝕的影響不像低溫時那樣顯著與敏感，而合金成分、晶粒大小與組織狀態卻起著較大的作用。在6xxx系合金中，最好不存在過剩的Si相。向合金中同時加入Fe及Ni（0.3%~0.4%），并使其質量比為1，以形成氫超電壓較低的Al9FeNi相，可提高合金的抗腐蝕性。因為有Al9FeNi相存在時，氫可以從其質點處逸出，鋁基地不會產生陰極反應。

 

　　在高于130℃的動水中，陽極化膜易剝落，不耐腐蝕，但預生氧化膜（材料使用前，將其置于一定溫度的高純靜水中一定的時間所形成氧化膜）可提高合金的抗中、高溫動水腐蝕的能力。

 

　　對堆用鋁材危害最大的是晶間腐蝕，是由晶界區和晶粒基體之間的電位差引起的。因此，凡能降低這種電位差的措施都能提高合金抗晶間腐蝕的能力。

 

　　防止鋁材晶間腐蝕極有效的措施是向鋁中添加一定量的Fe與Ni，使之形成氫超電壓較低的陰極相Al3Fe、Al3Ni與Al9FeNi等。這就是中、高溫堆用鋁材大都含有一定量的Ni與Fe的緣故。向Al-Mg-Si合金添加一定量的Cu也能提高合金抗晶間腐蝕的能力。

 

　　合金的晶粒越細，抗晶間腐蝕的能力也相應地提高一些，熱處理條件也對合金晶間腐蝕有明顯影響。高溫退火往往使呈陰極的第二相沿晶界沉淀與使晶粒長大，增加合金的晶間腐蝕敏感性。

 

　　大家知道，金屬材料的晶粒越細，組織越均勻，抗蝕性也越高，所以往往向鋁合金中添加微量的晶粒細化元素。但是對反應堆鋁合金來說，應考慮數量元素的熱中子吸收截面，例如天然硼的熱中子吸收截面為755×10-24cm2，而B10的卻高達3800×10-24cm2，含硼的合金及純硼是很好的屏蔽材料與控制材料，但對非屏弊材料來說，卻是一個有害元素，應嚴加控制。美國鋁業協會及材料試驗學會（ASTM）規定8001合金的B含量不得大于0.001%。

 

 

　　反應堆鋁材可分為兩種：溫度在130℃以下的低溫堆用元件包殼及結構材料，主要是工業純鋁1100與6063合金；使用溫度不超過400℃的中溫堆用材料，如Al-Ni-Fe系、Al-Si-Ni系合金，其中典型的是美國的8001合金。

 

　　工作溫度為130℃~400℃的鋁合金有：中國的306合金（約含7%Si與0.65%Ni，其余為Al及不可避免雜質），它的熱中子吸收截面小，對中、高溫水有高的抗蝕性，有相當好的室溫及同溫力學性能，加工成形性優秀，可作管狀元件及板狀元件的包殼材料。

 

　　國外采用鋁－硅－鎳合金作為元件的包殼材料，在高溫水中有良好的抗蝕性。后一個合金在260℃~300℃水中的抗蝕性比8001合金的高。
 

 

　　核聚變很環保，大規模應用后，可以少使用化石燃料，從而大大降低溫室氣體排放。一旦我們掌握了核聚變發電技術，我們的子孫后代將享受到科技發展帶來的飛躍，能源短缺的時代將一去不復返，鋁在迎接這個時代的到來將發揮重要的作用。在中國發電裝機容量中，核電裝備占的比例甚低，在今后二十年內，核電裝備用鋁量的年平均增長率可達20%或更大一些，成為高精鋁材應用方面的又一新亮點。核電裝備所需的鋁材中國都能生產，但是在研發核電站用鋁材方面與工業發達國家的相比還有較大差距，亟待加強與加大投入。

責任編輯：李玲珊

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