[发明专利]熔盐堆用合金材料抗碲腐蚀性能提升方法及一种合金件

说明书

本发明公开了一种熔盐堆用合金材料抗碲腐蚀性能提升方法，令所述熔盐堆用合金材料中所含的至少一种活性元素发生氧化反应从而在合金材料表面形成对应的氧化物膜。本发明还公开了一种合金件。本发明基于发明人首次发现的合金表面氧化物膜对碲扩散的抑制作用，提出了利用熔盐堆用合金材料中所含的活性元素在合金材料表面所形成的氧化物膜来抑制碲扩散，从而可低成本地实现熔盐堆用合金材料抗碲腐蚀性能的大幅提升。

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种熔盐堆用合金材料抗碲腐蚀性能提升方法。

背景技术

熔盐堆是一种利用熔融盐作为燃料载体和热能传输载体的新型裂变反应堆，具有高热效率、固有安全性和钍燃料可利用性等诸多优势。该反应堆运行温度为600℃~700℃，采用腐蚀性强的熔盐作为冷却剂，因此要求堆结构材料必须具有优异的抗高温熔盐腐蚀特性。为了满足熔盐堆苛刻的工况使用要求，目前研究者已开发出了Hastelloy N合金以及一系列以熔盐堆为应用背景的新型合金，包括GH3535合金、加Nb合金、加Al合金、Ni-W-Cr系列合金等等。

在熔盐堆服役过程中各种裂变产物会在燃料盐中形成，并沉积在一回路中的各个熔盐堆用合金构件表面上。在高温作用下，其中的裂变产物碲会沿着合金的晶界从表面向内部扩散，严重弱化合金晶界的强度。在堆内载荷和复杂的热应力下，这些合金构件表面会形成沿晶裂纹，恶化合金的高温力学性能。而对于某些薄壁件（换热管和控制棒套管）而言，这些裂纹还会严重破坏构件的结构完整性，给熔盐堆的安全服役带来重大威胁。

为了解决这一问题，研究者们基于Hastelloy N合金开发出了更加耐碲腐蚀的新型合金或功能层，包括含Nb系列合金，含Al系列合金以及Ni-Nb二元覆层合金（参见中国发明专利CN201811071936.8）。这些合金材料体现出显著的抗碲腐蚀优势，但考虑到反应堆惯有的长服役周期，其抗碲腐蚀性能仍有必要继续增强。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种熔盐堆用合金材料抗碲腐蚀性能提升方法，可低成本地大幅提升熔盐堆用合金材料的抗碲腐蚀性能。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种熔盐堆用合金材料抗碲腐蚀性能提升方法，令所述熔盐堆用合金材料中所含的至少一种活性元素发生氧化反应从而在合金材料表面形成对应的氧化物膜。

优选地，所述氧化物膜具体通过以下工艺制备得到：将所述熔盐堆用合金材料置于真空的密封石英容器中加热，使得所述熔盐堆用合金材料中所含的至少一种活性元素与石英中的羟基发生氧化反应从而在合金材料表面形成对应的氧化物膜。

进一步地，所述密封石英容器的羟基含量和加热温度通过对比所述熔盐堆用合金材料中各个金属组分的M-O相图确定。

基于以上技术方案还可以得到以下技术方案：

一种合金件，材质为熔盐堆用合金材料，使用了如上任一技术方案所述熔盐堆用合金材料抗碲腐蚀性能提升方法进行了处理。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明基于发明人首次发现的合金表面氧化物膜对碲扩散的抑制作用，提出了利用熔盐堆用合金材料中所含的活性元素在合金材料表面所形成的氧化物膜来抑制碲扩散，从而可低成本地实现熔盐堆用合金材料抗碲腐蚀性能的大幅提升。

附图说明

图1为Nb添加Hastelloy N合金在含95ppm羟基石英管和高纯石英管中碲腐蚀后的表面产物的XRD检测结果；

图2为Nb添加Hastelloy N合金在（a）含95ppm羟基石英管和（b）高纯石英管中碲腐蚀后截面碲元素分布的EPMA分析结果；