熔盐机械部合金工艺组连发三篇重要论文破解高温熔盐环境下材料应用的关键科学问题

自2024年以来,中国科学院上海应用物理研究所熔盐机械工程技术部合金工艺组围绕高温熔盐环境下结构材料的服役问题开展系统研究,在 Journal of Energy Storage Materials 等国际期刊连续发表三篇高水平论文,破解了高温熔盐环境下材料应用的三个关键科学问题。

一、首次揭示“热致相变”在熔盐腐蚀中的关键作用

The effect of thermal-induced phase transformation on the  corrosion behavior of Inconel 625 alloy in NaCl–KCl–MgCl₂ molten  salt. Journal of Energy Storage, 100 (2024) 113456.  https://doi.org/10.1016/j.est.2024.113456 (IF:9.8)

该研究首次提出,热致相变是高温熔盐腐蚀过程中不可忽略的重要因素。研究发现,在 Inconel 625  合金中,长期热作用诱导晶界碳化物析出及针状 δ  相形成,这些相变结构在熔盐环境中充当了优先腐蚀通道,显著加速材料劣化。文章指出,材料的热稳定性应成为熔盐服役合金设计中的关键因素,为耐熔盐合金的成分优化与组织调控提供了新的理论依据。

二、提出一种基于熔盐腐蚀—热时效解耦的全新力学评价方法

A new method to study the corrosion behavior in chloride salts and  its effects on tensile properties. Journal of Energy Storage, 144  (2026) 119712. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.119712 (IF:9.8)

针对熔盐腐蚀与热时效作用长期难以区分的问题,研究首次提出“熔盐腐蚀影响率”和“热时效影响率”概念,建立了一种可定量解耦二者对力学性能影响的新方法。结果表明:熔盐腐蚀主要作用于材料表面,诱发表面缺陷与裂纹萌生,显著降低材料延伸率;热时效则通过诱导材料内部相变,对材料强度产生更为显著的影响。该方法为复杂服役环境下材料性能衰退的机制区分与寿命评估提供了一种新的研究范式,有助于理解单因素的科学本质,具有良好的推广价值。

三、首次系统对比熔盐蒸气、熔盐液相及气-液界面处的腐蚀行为

Corrosion behavior of 347H stainless steel in NaCl–KCl–MgCl₂  molten salt: vapor, liquid, and interface comparison. Materials, 18  (2025) 3412. https://doi.org/10.3390/ma18143412 (IF:3.2)

该研究首次在同一体系内对比了熔盐蒸气、熔盐液相及气–液界面三种典型服役区域的腐蚀行为差异,发现:熔盐蒸气区腐蚀最为严重;熔盐液相内部材料腐蚀程度最低;在气–液界面处发生了明显的金属离子置换与沉积现象,伴随  Fe、Cr  元素的富集。研究明确提出:工程设计中应特别关注熔盐蒸气对结构材料的腐蚀失效风险,对熔盐储能装置和高温熔盐系统的结构布局与防护策略具有重要指导意义。

合金工艺组通过材料科学和熔盐化学的高度融合开展了系统研究,首次从热致相变机制、力学性能影响因素解耦以及服役环境分区腐蚀行为三个维度,构建了高温熔盐环境下材料服役性能评估的新框架,为熔盐环境下结构材料的设计与工程应用提出了创新见解。

上述研究成果得到国家重点研发计划(2021YFB3700602)和浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划(2023C01005)的支持。论文第一作者为上海应用物理研究所与上海大学联合培养硕士研究生姜金耀、刘治文(上海大学导师:李慧改),通讯作者为我所梁建平正高级工程师。(熔盐机械工程技术部  供稿)