高溫水中Zn2+對鎳合金氧化膜結(jié)構(gòu)和生長動力學(xué)的影響.pdf

1、鎳基合金因其耐蝕性能優(yōu)越，被廣泛用于壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器管道的結(jié)構(gòu)材料，然而，其長期服役情況仍備受關(guān)注。鎳合金在高溫高壓水環(huán)境下會形成表面氧化膜，氧化膜的性質(zhì)對其耐蝕性有重要影響。Zn2+注入技術(shù)源于沸水堆(BWR)，因其控制設(shè)備腐蝕和堆內(nèi)輻射劑量效果良好，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用在壓水堆(PWR)上。我國核電事業(yè)起步晚，對注鋅技術(shù)的研究幾乎空白。本課題的研究目的旨在通過研究高溫水環(huán)境中Zn2+對鎳合金氧化膜的影響機(jī)理，為我國核電廠注鋅技術(shù)提供依

2、據(jù)。
　　 鎳合金的腐蝕實(shí)驗(yàn)在靜態(tài)高壓釜中進(jìn)行。在288℃的高溫水溶液中，分別加入0 ppb Zn2+、50 ppb Zn2+和100 ppb Zn2+制作腐蝕試樣。Zn2+對鎳合金氧化膜動力學(xué)的影響研究在200℃，250℃和288℃三個溫度下進(jìn)行。試樣的腐蝕增重采用增重法，氧化膜半導(dǎo)體性質(zhì)研究采用Mott-Schottky技術(shù)，腐蝕電化學(xué)行為采用動電位掃描，氧化膜的組成分析采用X射線光電子能譜(XPS)。
　　 結(jié)果表

3、明，試樣在含鋅溶液中的腐蝕增重比無鋅溶液中的低，且含鋅濃度越大，降低的越明顯，說明Zn2+減緩了鎳合金的腐蝕。鎳合金在無鋅和加鋅溶液中生成的表面氧化膜均為雙層結(jié)構(gòu)。Zn2+的存在降低了試樣的腐蝕電流和氧化膜的載流子濃度。隨著腐蝕溫度的升高，腐蝕電流和載流子濃度均降低。從氧化膜的XPS深度分析可知，不加鋅時外層氧化膜組成為NixFe1-xFe2O4和Ni(OH)2，內(nèi)層為NixFe1-xCr2O4和Cr2O3，加鋅后，Zn2+進(jìn)入氧化膜，

4、置換尖晶石四面體位置上的Fe2+，Ni2+等，外層為ZnFe2O4，內(nèi)層為ZnCr2O4，形成結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的尖晶石氧化物，使鎳合金的耐蝕性增強(qiáng)。經(jīng)腐蝕動力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，鎳合金在不加Zn2+和50 ppb Zn2+溶液中的氧化膜生長遵從拋物線規(guī)律，在100 ppb Zn2+溶液中服從立方規(guī)律。鎳合金在含Zn2+溶液中的腐蝕活化能高于無在Zn2+溶液中的腐蝕活化能，說明Zn2+抑制了腐蝕過程的進(jìn)行。腐蝕過程均受金屬離子通過氧化膜內(nèi)的微孔向外擴(kuò)