Forskere undersøger mikrostrukturudviklingen af ​​oxidfilm af Fe-Cr-baserede legeringer

Ferritisk/martensitisk stål og austenitisk stål er de primære kandidatmaterialer til avancerede nukleare energisystemer. Materialernes korrosionsbestandighed er en af ​​de faktorer, der sikrer sikker service af nøglekomponenter. Da materialernes korrosionsbestandighed er stærkt relateret til egenskaberne af de dannede oxidfilm, er det afgørende at undersøge oxidfilmene af kandidatmaterialer i vand med høj temperatur.

Forskere ved Institute of Modern Physics (IMP) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) udvalgte kandidatmaterialer (15-15Ti, 316L og T91) for at studere deres tidlige oxidationsadfærd i højtemperaturdamp og udviklingsprocessen for oxidmikrostrukturen . Resultaterne blev offentliggjort i Journal of Materials Science &Technology .

Det Ni-rige lag i oxidfilmen af ​​austenitiske stål (15-15Ti, 316L) er sammensat af Fe-Cr spineloxid og Ni-rig fase. Forskere ved IMP fandt et stort antal nanoporer i det indre oxidlag, der kunne tjene som en hurtig gastransportkanal for oxidant. De afslørede udviklingsprocessen for det Ni-rige lag og dannelsesmekanismen for nanoporer i det indre oxidlag.

Som et produkt af grundstoffers migration og aggregering af tomrum under korrosionsprocessen har porerne også en vigtig indflydelse på den diffusionsdominerede oxidationsadfærd. Forskerne brugte transmissionselektronmikroskopi (TEM) til yderligere at studere mikrostrukturen af ​​316L- og T91-oxidfilmene med fokus på de mikroskopiske egenskaber såsom morfologien, fordelingen og størrelsen af ​​porerne i filmen.

Højopløsningsobservationer ved hjælp af TEM viste, at det indre lag af 316L og T91 oxidfilm er mere porøst end det ydre lag på nanoskalaen, hvilket er forskelligt fra de fleste tidligere observationer ved hjælp af optiske mikroskoper og scanningelektronmikroskoper. Ved at analysere oxidfilmens fase, struktur og sammensætning var det klart, at oxidationsmodstanden på 316L er bedre end T91 i højtemperaturdamp på grund af dets porøse Cr-rige indre oxidlag.

Forskerne afslørede derefter nanoporernes indflydelsesmekanisme på materialers oxidative korrosionsevne. Med modelberegningen foreslog de, at migration og diffusion af Ni-element var den dominerende faktor i dannelsen af ​​nanoporer i det indre oxidlag af austenitisk stål 316L udsat for 350°C–500°C damp.

Denne undersøgelse giver et videnskabeligt grundlag og teknisk støtte til forskning og udvikling af nye anti-korrosionsmaterialer.

Flere oplysninger: Chao Liu et al, TEM sammenlignende undersøgelse af oxidfilm af 316L og T91 stål udsat for 350-500 °C damp, Journal of Materials Science &Technology (2023). DOI:10.1016/j.jmst.2023.07.046

Leveret af Chinese Academy of Sciences