近日，中国科学院上海应用物理研究所腐蚀团队在碳化硅腐蚀研究方面取得重要进展。在杨新梅和周兴泰研究员的指导下，由薛万冬、王晓东和胡苗苗三位研究生完成相关研究，揭示了碳化硅在FLiNaK熔盐中的腐蚀及其与镍基合金相互作用的机制，基于腐蚀调控技术成功减缓了碳化硅与镍基合金在FLiNaK熔盐中的相互作用。相关研究结果陆续发表在Corrosion Science、Journal of Nuclear Materials、Material Today Communications等期刊。

碳化硅耐高温、抗中子辐照，是一种优异的核材料，在熔盐堆、气冷堆、快堆和聚变堆等反应堆中具有较好的应用前景。研究发现碳化硅耐高温FLiNaK熔盐腐蚀。但是，碳化硅与熔盐堆的结构材料——镍基合金在FLiNaK熔盐中共存时会发生相互作用并加剧彼此腐蚀。研究人员通过研究确定温度是影响碳化硅与镍基合金相互作用的因素之一，当温度高于600℃，碳化硅与镍基合金开始发生相互作用，并且腐蚀深度随着温度升高而增加。同时还发现熔盐杂质是碳化硅与镍基合金相互作用的关键因素。熔盐中的杂质使碳化硅腐蚀形成含硅的腐蚀产物、使镍基合金腐蚀形成含铬的腐蚀产物。之后，熔盐中的金属腐蚀产物与碳化硅反应形成铬的碳化物，同时碳化硅的腐蚀产物与镍基合金反应形成镍的硅化物。在密闭坩埚中，通过这些反应循环形成含铬腐蚀产物和含硅腐蚀产物，所以碳化硅和镍基合金发生了持续腐蚀。基于碳化硅与镍基合金在FLiNaK熔盐中的腐蚀机制，确定还原性金属能够消耗熔盐中的杂质、碳化硅腐蚀产物和金属腐蚀产物，最终成功减弱了碳化硅与镍基合金的相互作用，将镍基合金的腐蚀深度由～200μm减小到～30μm，并且在碳化硅表面没有形成铬的碳化物。这些研究为碳化硅在熔盐堆中的应用提供了关键数据和技术支持。

本项研究得到了未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统和变革性洁净能源技术与示范两个中国科学院战略性先导科技专项以及钍基核裂变能重点实验室的资助支持。（材料研究部供稿）

图1 碳化硅与镍基合金在FLiNaK熔盐中的腐蚀与调控研究

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https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.109531

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111075

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110260

https://doi.org/10.1016/j.nucmat.2018.12.035

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.08.023

http://dx.doi.org/10.1016/j.corsci.2016.10.026