低熔点金属污染对核电奥氏体不锈钢钝化作用的同步辐射表征

核电奥氏体不锈钢表面高洁净度是保证核电装备正常服役的核心制造技术，低熔点金属污染对奥氏体不锈钢钝化作用的机理研究是实现高洁净度制造的科学问题之一。虽然不锈钢钝化行为已有大量研究，但现有技术手段制约了人们对低熔点金属污染下钝化膜结构及生长的深入认识。本项目拟以锡和锌污染为体系，开展核电奥氏体不锈钢低熔点金属污染下电化学钝化过程的同步辐射掠入射衍射结构表征研究，观察钝化过程中表面结构演变规律，揭示钝化过程中Fe与Cr等元素溶解沉积的规律及硫酸根离子的吸附机制，阐明污染对钝化中电化学反应的影响机理；结合同步辐射掠入射反射表征，研究钝化膜生长动力学，阐明低熔点金属污染对钝化膜生长的影响机制；建立金属污染程度-钝化行为-不锈钢耐蚀性之间的联系，归纳出低熔点金属污染作用于核电奥氏体不锈钢钝化行为的理论模型，为工业上核电奥氏体不锈钢装备的高洁净度制造提供理论和技术支持。

先进核电机组关键装备的制造技术是影响我国核电自主化制造及发展的关键环节。其中过流部件表面的高洁净度是保证核电装备正常服役的制造技术之一。了解核级不锈钢加工制造过程中表面污染、钝化膜完整性及相应性能特点并揭示其规律，是实现核级不锈钢高清洁度制造、保证装备正常服役的重要研究内容之一。低熔点金属是不锈钢加工过程面临的一类表面污染物，有关低熔点金属在不锈钢表面的污染作用机制，以及低熔点金属污染对不锈钢性能的影响还没有深入认识。本工作以低熔点金属Sn和Zn为对象，研究低熔点金属与不锈钢表面的交互作用，基于组织结构演变特征提出了钝化影响交互作用的评估方法并揭示了钝化对交互作用的影响机制；结合同步辐射技术，探讨了低熔点金属粘附对不锈钢常温腐蚀性能、高温高压水腐蚀等性能的影响。主要研究结果如下：.一、研究低熔点金属在不同钝化状态和不同成分不锈钢表面的粘附行为，分析钝化膜完整性对粘附的作用机理，建立显色值-钝化膜完整性-低熔点金属冶金粘附程度的关系关系。结果表明，低熔点金属Sn和Zn与不锈钢交互作用后，分别以片状和长条状的(Fe, Cr)Sn2，以及细小颗粒状的δ-(Fe, Cr)Zn10相与块状的ζ-(Fe, Cr)Zn13相化合物发生冶金粘附；空气氧化膜的形成抑制了化合物的生长进而降低了冶金结合程度，硝酸钝化使粘附方式从冶金结合转变为物理粘附；钢中铬含量越高，冶金粘附的程度越低；显色值越大，钝化膜完整性越低，对冶金粘附的阻碍作用越低，粘附的表面覆盖率越大。.二、结合同步辐射表征技术，综合分析低熔点金属不同粘附程度对不锈钢腐蚀性的影响规律，揭示了低熔点金属择优腐蚀对不锈钢氧化膜加速破坏是降低不锈钢耐蚀性的主要原因。发现在常温下低熔点金属优先形成的点蚀坑诱发不锈钢局部腐蚀，Sn粘附的比例越大，不锈钢点蚀的数量越多；高温高压水环境下低熔点金属使表面产物由不规则颗粒状α-(Fe, Cr)2O3和多面体状(Fe, Cr)3O4向疏松的SnO2、ZnO和大块Fe的氧化物转变，长时间氧化条件下疏松氧化物局部剥落加速不锈钢氧化。其研究结果有望加深在表面高洁净度和完整性制造中界面转移与表面特性方面的认识，为相关加工理论体系形成以及生产设计提供支撑。