低熔點金屬與不銹鋼表面交互作用的研究.pdf

1、隨著核電的快速發(fā)展，核電裝備的國產(chǎn)化制造成為影響核電自主創(chuàng)新的關鍵環(huán)節(jié)。核電裝備具有高可靠性和長壽命的特點，因此構件在加工制造過程中，對材料表面潔凈度提出更高的要求。低熔點金屬作為表面污染形式之一，盡管ASME和RCC-M標準明確禁止低熔點金屬與過流部件表面接觸，然而對低熔點金屬如何與材料表面交互作用以及低熔點金屬粘附后如何影響材料性能等問題的理解還不夠深入。不銹鋼是核電裝備制造中廣泛應用的材料，鈍化是不銹鋼的重要特性。但是，低熔點金屬

2、與不銹鋼交互作用的研究還未見相關報道。因此本文研究低熔點金屬與不銹鋼之間的交互作用，分析不銹鋼表面鈍化狀態(tài)對交互作用的影響規(guī)律并揭示交互作用機制，將對核電不銹鋼裝備的高潔凈度制造提供理論依據(jù)和技術支持。
　　本文以低熔點金屬Sn和Zn為對象，研究Sn、Zn與新鮮表面、空氣自鈍化及化學鈍化等典型不銹鋼表面的交互作用，分析了交互作用后形成的Fe-Sn和Fe-Zn化合物組織結構演變特征，基于組織結構特征提出了鈍化影響交互作用的評估方法，

3、結合不銹鋼鈍化膜質(zhì)量的顯色檢測表征，揭示了鈍化對交互作用的影響機制，探討了低熔點金屬Sn、Zn與不銹鋼交互作用后，形成的化合物對不銹鋼常溫腐蝕性能和高溫腐蝕性能的影響。主要結論如下:
　　(1)明確了低熔點金屬Sn、Zn與不銹鋼的交互作用。結果表明:當液相Sn與新鮮表面的不銹鋼交互作用時，以形成片狀和長條狀的(Fe，Cr)Sn2化合物的方式發(fā)生冶金結合，固相Sn與不銹鋼在220℃接觸54 h，不發(fā)生冶金結合作用;當液相和固相Zn與

4、不銹鋼交互作用時，以形成細小顆粒狀的δ-(Fe，Cr)Zn10相和塊狀的ζ-(Fe，Cr)Zn13化合物的方式發(fā)生冶金結合。
　　(2)闡明了不銹鋼表面鈍化狀態(tài)對交互作用的影響規(guī)律。結果表明:對于不同鈍化狀態(tài)的304不銹鋼與低熔點金屬Sn、Zn的交互作用，空氣自鈍化使Fe-Sn冶金結合層不均勻生長，化學鈍化進一步抑制Fe-Sn化合物的形成;而鈍化處理不能有效抑制Zn在不銹鋼表面的冶金結合作用。對于不同種類的不銹鋼與低熔點金屬Sn的

5、交互作用，420不銹鋼表面完全被Fe-Sn化合物覆蓋，鈍化處理降低了化合物的生長速率但不能抑制化合物的形成;Fe-Sn化合物在鈍化的316不銹鋼表面局部生長，不銹鋼空氣自鈍化的時間越長，生長化合物的覆蓋率越小，厚度越低;液相Sn與空氣自鈍化和化學鈍化的2205不銹鋼未發(fā)生冶金結合作用。
　　(3)揭示了鄰菲羅啉顯色值—不銹鋼鈍化膜完整性—低熔點金屬粘附程度之間的關系。結果表明:利用鄰菲羅啉檢測不銹鋼表面，發(fā)現(xiàn)從新鮮表面到空氣自鈍化

6、再到化學鈍化，鄰菲羅啉顯色值逐漸降低，說明鄰菲羅啉能夠檢測鈍化膜的完整性，對比空氣自鈍化處理，化學鈍化不銹鋼表面生長相對較完整的鈍化膜;不同鈍化狀態(tài)的不銹鋼與低熔點金屬Sn、Zn交互作用，發(fā)現(xiàn)形成化合物的粘附程度存在差異，從而提出表面覆蓋率因子評價鈍化膜對Sn、Zn與不銹鋼交互作用的影響，建立覆蓋率因子與顯色值之間的關系，發(fā)現(xiàn)表面覆蓋率因子與鄰菲羅啉顯色值之間存在線性關系，較大的鄰菲羅啉顯色值，鈍化膜的完整性相對較低，鈍化膜對低熔點金屬

7、Sn、Zn與不銹鋼交互作用的阻礙能力降低，生長化合物的表面覆蓋率增加。不銹鋼表面鈍化膜完整性是影響低熔點金屬Sn、Zn與不銹鋼交互作用的重要因素。
　　(4)研究了交互作用形成的Fe-Sn和Fe-Zn化合物對不銹鋼常溫腐蝕性能和高溫腐蝕性能的影響。結果表明:在常溫腐蝕條件下，F(xiàn)e-Sn化合物粘附區(qū)域易于形成點蝕坑，進而加速了不銹鋼的點蝕，并且化合物粘附的比例越大，不銹鋼點蝕的數(shù)量越多。在高溫高壓水腐蝕條件下，F(xiàn)e-Sn和Fe-Zn