Ferritiska/martensitiska stål och austenitiska stål är de primära kandidatmaterialen för avancerade kärnenergisystem. Materialens korrosionsbeständighet är en av faktorerna som säkerställer säker service av nyckelkomponenter. Eftersom korrosionsbeständigheten hos material är starkt relaterad till egenskaperna hos de bildade oxidfilmerna, är det avgörande att undersöka oxidfilmerna hos kandidatmaterial i högtemperaturvatten.
Forskare vid Institute of Modern Physics (IMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) valde ut kandidatmaterial (15-15Ti, 316L och T91) för att studera deras tidiga oxidationsbeteende i högtemperaturånga och evolutionsprocessen för oxidmikrostrukturen . Resultaten publicerades i Journal of Materials Science &Technology .
Det Ni-rika skiktet i oxidfilmen av austenitiska stål (15-15Ti, 316L) är sammansatt av Fe-Cr-spinelloxid och Ni-rik fas. Forskare vid IMP hittade ett stort antal nanoporer i det inre oxidskiktet som kunde fungera som en snabb gastransportkanal för oxidant. De avslöjade utvecklingsprocessen för det Ni-rika lagret och mekanismen för bildande av nanoporer i det inre oxidlagret.
Som en produkt av elementmigrering och vakansaggregation under korrosionsprocessen har porerna också ett viktigt inflytande på det diffusionsdominerade oxidationsbeteendet. Forskarna använde transmissionselektronmikroskopi (TEM) för att ytterligare studera mikrostrukturen hos oxidfilmerna 316L och T91, med fokus på de mikroskopiska egenskaperna såsom morfologin, distributionen och storleken på porerna i filmen.
Högupplösta observationer med TEM visade att det inre lagret av 316L och T91 oxidfilmer är mer poröst än det yttre lagret på nanoskala, vilket skiljer sig från de flesta tidigare observationer med optiska mikroskop och svepelektronmikroskop. Genom att analysera oxidfilmens fas, struktur och sammansättning stod det klart att oxidationsbeständigheten för 316L är bättre än T91 i högtemperaturånga på grund av dess porösa Cr-rika inre oxidskikt.
Forskarna avslöjade sedan nanoporernas inverkansmekanism på den oxidativa korrosionsprestandan hos material. Med modellberäkningen föreslog de att migration och diffusion av Ni-element var den dominerande faktorn i bildandet av nanoporer i det inre oxidskiktet av austenitiskt stål 316L exponerat för 350°C–500°C ånga.
Denna studie ger en vetenskaplig grund och tekniskt stöd för forskning och utveckling av nya anti-korrosionsmaterial.
Mer information: Chao Liu et al, TEM jämförande studie på oxidfilmer av 316L och T91 stål exponerade för 350–500 °C ånga, Journal of Materials Science &Technology (2023). DOI:10.1016/j.jmst.2023.07.046
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
