温度梯度对熔融氟化物腐蚀影响的电化学研究
熔盐反应堆（MSR）采用溶有易裂变材料且处于熔融状态下的熔融氟化盐作为核燃料, 以其固有的安全性高、热转化效率高、核废料少等优点引起了全世界的关注。中国科学院于2011 年启动了钍基熔盐堆核能系统。然而结构材料在熔融氟化物中的腐蚀是MSR 发展面临的一个技术瓶颈。材料在熔盐电堆环境中腐蚀的主要表现形式为金属的活性溶解。熔盐体系中的微量杂质和温度梯度是腐蚀的主要推动力。对一个封闭的恒温体系而言，金属溶解反应会随着环境中水等微量杂质的消耗而完全停止。然而熔盐存在温度梯度时，溶解反应将会持续进行，即金属在高温端溶解，溶解产物向低温端扩散，并被还原成金属。高温端的溶解会导致熔盐回路管道穿孔或破裂，低温端腐蚀产物的沉淀可能会堵塞管道或阀门，造成意外停堆，并由此引发熔盐泄露或温度异常升高等恶性事故，从而影响MSR的安全稳定运行。
美国ORNL、NASA、UW 等开展了大量静态恒温腐蚀实验，对不同纯金属和合金的抗熔融氟化物的腐蚀性能进行了排序，并形成了抗熔融氟化物腐蚀合金设计的基本原则，其中以Hastelloy N 合金的抗腐蚀性能最好。然而对温度梯度对熔融氟化物的腐蚀影响方面尚缺乏系统研究，也没有建立一种简单、有效的研究方法。目前仅有的研究是利用复杂的热对流回路观察到材料在高温端发生腐蚀失重，而在低温端发生增重。事实上，上述腐蚀是温度场引起的电化学腐蚀问题，即高温端是腐蚀电池的阳极区，而低温端是腐蚀电池的阴极区。显然，利用高温端与低温端金属的偶合，就能实现电化学原位监测温度梯度引起的金属溶解-再析出反应。王艳丽等建立了能调控不同温度梯度的熔融氟化盐电化学原位监测系统，并采用开路电位监测、动电位扫描与电偶腐蚀测量等电化学技术研究了常用熔盐堆用结构材料GH3535、316L 及其常用合金元Ni、Mo、Fe 和Cr 在具有不同温度梯度（700oC/600oC、700oC/650oC）的熔融（Li,Na,K）F 盐中的腐蚀行为。研究结果表明：随着温度升高，各金属及合金的腐蚀速率增大；在不同温度梯度下，同种金属及合金的电偶对的腐蚀因子均大于1，并随着温度梯度的增大，电偶腐蚀效应增强，其中Cr 的电偶腐蚀因子γ在温度梯度为700oC/600oC 时最大，大小为3.21，表明熔盐堆中的温度梯度的存在造成材料的持续性腐蚀。
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2016年3月30日
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