高放废物地质处置环境中低碳钢活化/钝化倾向及其机理研究

低碳钢能否用做高放射性核废料的包装容器承受长期深地质处置取决于其在处置环境中腐蚀的活化/钝化倾向。在地质处置环境中低碳钢的活化/钝化趋势不仅受缓冲材料中间隙水的pH、碳酸盐总量和氯离子总量影响，还与长期腐蚀积累的腐蚀产物的组成、形貌和结构及其依时性演化有关。本项目拟通过极化曲线、电化学阻抗谱、恒电位电流-时间衰减以及腐蚀电位依时性变化的监测等方法研究低碳钢在模拟甘肃北山深地下水的电解质溶液中的活化/钝化腐蚀倾向；采用表面测量方法分析腐蚀产物的化学组成、形貌和结构，说明其与低碳钢活化/钝化倾向的关系；给出地下水化学条件参数影响低碳钢腐蚀产物组成及其活化/钝化倾向的临界条件；提出高放废物处置环境下低碳钢的活化/钝化机制。为我国高放废物地质处置工程选择包装容器材料提供基础数据和应用可行性的理论判据。

低碳钢能否用做高放射性核废料的包装容器承受长期深地质处置取决于其在处置环境中腐蚀的活化/钝化倾向。在地质处置环境中低碳钢的活化/钝化趋势不仅受缓冲材料中间隙水的pH、碳酸盐总量和氯离子总量影响，还与长期腐蚀积累的腐蚀产物的组成、形貌和结构及其依时性演化有关。本项目通过测量极化曲线、电化学阻抗谱、恒电位电流-时间衰减以及腐蚀电位依时性变化的监测等方法研究了低碳钢在模拟甘肃北山深地下水的电解质溶液中的活化/钝化腐蚀倾向；采用表面测量方法分析了腐蚀产物的化学组成、形貌和结构，阐述了其与低碳钢活化/钝化倾向的关系；给出了影响低碳钢腐蚀产物组成及其活化/钝化倾向的地下水化学条件参数的临界条件；提出了高放废物处置环境下低碳钢的活化/钝化机制。结果表明，低碳钢在模拟地质处置环境中的腐蚀行为显著地受地下水化学成分HCO3-、Cl-以及SO42-浓度的影响； 较高浓度的HCO3-易导致低碳钢发生钝化和过钝化，Cl-以及SO42-浓度的升高可使其向活化腐蚀分析转变，但达到活化状态时需要很高的浓度； 较低浓度的HCO3-易导致低碳钢发生活性溶解。在Cl-以及SO42-浓度较低时处于极限扩散溶解状态，腐蚀速率较大，不适于用作处置容器材料；在Cl-以及SO42-浓度较高时，低碳钢处于极化电位较低的活性溶解状态，腐蚀速率较小，有被用作处置容器的可能。