高温流动液态金属腐蚀装置设计及实验研究

来源：核动力工程杂志2024年第6期北京时间：

作者：宋小勇, 庞永强, 孟献才, 田书建, 张德皓, 李旭

单位：1.华北水利水电大学，郑州，450045；2.合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室），合肥，230031；3.中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所，合肥，230031；4.东华理工大学，南昌，330032；

摘要：针对核聚变装置中液态锂第一壁及液态金属包层部件中高温流动液态金属对结构材料的相容性问题，尤其是腐蚀性问题，设计一种高温流动液态金属腐蚀实验装置，采用ANSYS软件对液态金属流动与传热特性进行三维数值模拟分析，模拟和测试结果表明该实验装置能够实现第一壁和包层结构中液态锂温度（300~600℃）和流速(＜0.2 m/s)的工况，具备开展高温动态液态锂与结构材料腐蚀特性研究的条件。同时，初步开展相对流速0.2 m/s、550℃液态锂对国产低活化铁素体/马氏体钢（9Cr-0.4Mo-0.3Y钢）长达1000 h的腐蚀特性研究。实验结果表明，9Cr-0.4Mo-0.3Y钢发生了明显的晶界腐蚀和孔蚀，样件表面硬度因不均匀腐蚀导致不同程度的降低。X射线衍射分析结果表明，腐蚀后的9Cr-0.4Mo-0.3Y钢表面并未发生相变，但因304不锈钢腐蚀罐体中Ni元素的溶解迁移导致其表面出现03-1049#FeNi峰。

关键词：腐蚀装置, 热力学模拟, 液态锂, 低活化钢, 腐蚀特性

基金资助：国家自然科学基金项目（12105135、12005145、12305200、11905138）；安徽省自然科学基金资助项目（2308085MA22）；合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）项目（21KZS202、21KZS208）