[发明专利]一种核反应堆300-400度传热用液态金属及其控氧活度工艺

说明书

本发明公开了一种核反应堆300‑400度传热用液态金属及其控氧活度工艺。按重量百分比计,其中合金组成为Cu:0.4‑0.8wt.%,Bi:5.0‑10.0wt.%,Zn:4.0‑8.0wt.%,In:2.0‑4.0wt.%,Cd:10.0‑20.0wt.%,Ga:4.0‑6.0wt.%,Pb:30.0‑40.0wt.%,余量为锡；其中控制氧活度的氧化物组成为PbO:20.0‑25.0wt.%,AgO:1.0‑4.0wt.%,In₂O₃:1.0‑3.0wt.%,Bi₂O₃:10.0‑15.0wt.%,MgO:10.0‑20.0wt.%,余量为Fe₂O₃。该方案用于核电领域的液态金属及管道设计时，不仅装备简单，施工费用低，而且传热性能好。在300‑400度的工作温度下，该结构（液态金属+控氧模块+不锈钢管道）可以使用10年而不用进行大修替换。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锡合金。

背景技术

随着工业技术的快速发展，对能源的需求越来越旺盛。但是，我国传统上是以煤炭为主的能源结构带来了严重的空气污染。从根本上降低我国的空气污染就必须降低燃煤在一次能源中的比重和使用份额。可以预计，未来绿色能源要占据更高的比例，这为今后从根本上解决空气污染，缓解未来的气候变化发挥了重要的作用。核能分为两种：裂变能和聚变能。目前而言，可控的聚变能处于研究的阶段，商业运转的核能项目都是以裂变为基础的。一个国家的国防力量和国民经济水平和可以从核能的利用得到衡量。在能源日趋匮乏的现代，核电将成为最主要的清洁，高效，可靠的能源。因而，和平开发核能为各国所重视。

核反应堆在正常工作过程中放出的热量，其中一部分要通过传热介质的方式传递到热机端转变为机械能，而剩下的热能将以废热的形式排放掉。因此，将热能从反应堆传递到能够对外做工的热机部分，是保证核反应堆正常工作的前提，也是核反应堆工作期间要重点维护的工作部分。也就是说，核反应所释放的热量，不仅要通过传热系统传递到做工的系统，剩余的余热也要能够正常的排放出系统，形成自然的循环。如果所使用的传热介质传热能力不足，就会导致堆内的温度和压力升高。经过较长时间后，堆内冷却剂就会沸腾，压力也会超过安全值，最终威胁到反应堆的安全。

目前，由于核发电在国民经济中的作用越来越突出，使得核反应堆的传热问题越来越受到重视。但是在比较高的温度下，液态金属对不锈钢管道显示出了强烈的腐蚀作用。因而，在开发与应用液态金属作为传热材料时遇到了严重的问题。经验表明，不锈钢中的多种合金元素可以在液态金属中溶解，而且溶解效应会随着温度的升高而急剧的增大。尽管降低核反应堆的温度就能延长不锈钢的使用寿命，但是这是以牺牲核电厂的热效率为代价的。热机对热的转换效率是与热端的温度成正比的。从核电站的经济角度为出发点，低温运行的核反应堆不是最佳的工程方案。

由于核反应堆发电在国民经济中的作用越来越明显，使得核反应堆的传热问题越来越受到重视。在世界范围内，欧美等国家已经投入了大量的人力和物力进行深入研究和产业化。但是令人感到遗憾的是，液态金属传热材料在不锈钢管道中的腐蚀和溶解问题一直没有得到很好的解决。本专利从材料学的角度出发，提出了一种核反应堆用控氧型的液态金属，用以解决高温下液态金属在不锈钢管道内的化学相容性问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种核反应堆300-400度传热用液态金属及其控氧活度工艺。该材料在用于核电领域的不锈钢传热管道时，在电磁泵的驱动下可以有效的降低不锈钢在液态金属下的腐蚀。该设计方法不仅结构简单，传热效果突出，且可以大大的提升相关设备的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：