重点实验室在硅对核用SIMP钢的抗氧化性能的影响研究方面取得新进展

2020-11-19 15:57



       硅元素的添加能够显著提高核用SIMP钢的抗氧化和耐液态金属腐蚀性能,但目前关于硅元素改善SIMP钢耐蚀性的机理仍不清晰。重点实验室核用耐热钢研究组通过设计了三种不同Si含量实验钢(<0.03 wt.%、0.58 wt.%和1.22 wt.%,对应简称为0Si、06Si和12Si钢),研究它们在700

℃、空气环境中的氧化动力学、氧化膜复杂结构,来研究了Si元素提高SIMP钢抗氧化性能的机理。对样品氧化层的表面和截面系统分析发现,0Si钢和06Si钢中的氧化物生长初始受Cr的向外扩散控制,氧化后期受Fe的向外扩散控制,从而形成Fe2O3外层和Fe-Cr尖晶石内层的氧化物结构。与0Si钢和06Si钢相比,12Si钢长时氧化后形成了不同的氧化膜结构,主要由Cr2O3Mn1.5Cr

1.5O4构成,其生长主要受Cr元素向外扩散控制。该结果与氧化层的形貌和氧化动力学曲线一致。氧化后SIMP钢中的硅元素主要形成了不同形态的SiO2非晶层,其中在硅含量较低的06Si钢中基体与氧化层界面上形成了非连续的SiO2颗粒,Fe-Cr尖晶石层中形成了局部连续的竹节状SiO2膜;而在12Si钢的基体与氧化层界面上形成了厚度~50 nm的连续SiO2薄层。连续SiO2薄层能够有效阻碍Fe的向外扩散,这是12Si钢具有优异抗氧化性能的主要原因。相关研究结果已发表于Corrosion science, 167, 2020, 108519。



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(a)0Si,06Si和12Si钢在700 ℃氧化500 h的氧化动力学曲线,(b)对应 随氧化时间的线性拟合曲线


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0Si,06Si和12Si钢氧化50 h、200 h、500 h和1000 h后氧化膜表面形貌


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06Si钢(a)和12Si钢(b)氧化1000 h后的氧化层的HAADF-STEM像和对应EDXS结果





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