近日，中国科学院上海应用物理研究所高温合金研发团队在Ni-28W-6Cr合金高温熔盐腐蚀机理研究方面取得重要进展，提出了一种熔盐中金属Mo离子杂质对含W镍基合金的腐蚀影响机理，解答了从上世纪六十年代开始一直困扰熔盐堆用合金研发人员的问题——W作为不易被熔盐腐蚀的元素在熔盐中发生溶解腐蚀现象。相关成果以“Metallic impurities induced corrosion of a Ni-26W-6Cr alloy in molten fluoride salts at 850 oC”为题，发表在知名腐蚀学期刊Corrosion Science上，论文第一作者为艾华博士，论文通讯作者为叶祥熙研究员。
Ni-28W-6Cr合金是中国科学院上海应用物理研究所研发的熔盐堆用高温合金，具有优异的高温力学性能，被认为是最有潜力的800℃以上熔盐堆用合金候选结构材料之一。然而，镍基合金中的W元素的熔盐腐蚀行为存在争议。从理论上讲，W的氟化物不易形成，W在镍基合金中的扩散速率远低于其他常见金属元素，这有利于含W镍基合金耐熔盐腐蚀性能。然而，上世纪60年代美国橡树岭国家实验室和近些年法国国家科学研究中心的研究人员均发现含W的镍基合金在高温氟盐中发生无法解释的“意想不到”的W的溶解。我们此前采用杂质含量低的FLiNaK熔盐发现Ni-28W-6Cr合金在800℃高温熔盐环境下具有优异的耐高温熔盐腐蚀性能（Corrosion Science 149 (2019) 218-225）。因此怀疑是否是熔盐中的杂质导致了W的“意外”腐蚀，此外法国国家科学研究中心研究人员也指出可能是盐中的Fe2+离子导致W的溶出。为了验证杂质对于W的腐蚀的影响，采用含Fe、Mo杂质的FLiNaK熔盐对Ni-28W-6Cr合金在850℃高温环境下进行腐蚀评估，结果发现Fe2+杂质并不会腐蚀合金中的W，而是Mo3+会与合金中W进行反应 W + 1.333MoF3 = WF4 + 1.333Mo。这也解释了橡树岭上世纪60年代发现Ni-Mo-W合金中的W会被熔盐腐蚀的现象，这可能是由于水等杂质引起Mo首先从合金中被腐蚀进入熔盐，然后Mo杂质进一步与合金表面的W反应所致。考虑到W溶解于燃料盐中会影响堆的中子能谱，因此应用Ni-28W-6Cr合金时应该严格控制熔盐中Mo杂质的含量。
本项研究得到了国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的资助支持。 （材料研究部 供稿）
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X2032360X?via%3Dihub
图1. Ni-28W-6Cr合金在850℃高温熔盐腐蚀后截面元素分布图
