《乏燃料貯運用抗輻照鐵基非晶合金的形成機理》是依託北京科技大學，由惠希東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：乏燃料貯運用抗輻照鐵基非晶合金的形成機理
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：惠希東
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國未來將有多座核電站建成和投入運營，產生的乏燃料會越來越多，因此急需發展高性能乏燃料貯運材料以保證人類和生態安全。項目以高抗輻照能力Fe基非晶合金為對象，以超音速霧化製備過程為技術原型，利用第一性原理和分子動力學計算、同步輻射測量以及重離子轟擊等方法，系統研究高B含量Fe基非晶合金中元素本徵特性和局域有序結構與抗輻照能力關係，以及輻照缺陷的產生和演變過程，揭示非晶合金抗輻照性能的本質。通過對非晶合金局域有序結構的解析，及內能、比熱和自由能等熱力學參數的測定，提出高B含量Fe基非晶合金的形成理論。基於快速凝固條件下非晶合金傳熱傳質和凝固行為的研究，建立非晶合金超音速霧化製備工藝理論基礎。根據輻照和腐蝕作用下Fe基非晶合金結構和性能變化，闡明其輻照失效機理。項目完成後，將建立以抗輻照效應-非晶形成能力-快速凝固製備基礎為主線的非晶形成理論體系，為該非晶合金在乏燃料貯運材料中的套用奠定基礎。
結題摘要
本項目以發展新型高硼耐蝕抗輻照鐵基塊體非晶合金為目標，對Fe基塊體非晶合金進行了最佳化設計，研製了新型Fe-Cr-Mo-C-B-Al-W和高硼高鉻Fe-Cr-Mo-Zr-B塊體非晶合金體系。系統研究了新型非晶合金的力學性能和腐蝕行為；以超音速氣霧化製備和超音速火焰噴塗過程為技術原型，製備了Fe-Cr-Mo-Zr-B非晶合金塗層，系統研究了非晶合金塗層的力學、耐腐蝕以及抗輻照性能。取得了如下創新性結果： (1) 獲得了非晶形成能力好和高硼含量Fe-Cr-Mo(W, Al)-C-B-Y塊體非晶合金。該合金壓縮強度和顯微硬度分別超過4GPa和300HV，在鹽酸中具有優異的耐蝕性能。(2) 研製出了新型Fe-Cr-Mo-Zr-B系塊體非晶合金。該合金系具有寬鉻、硼和鉬含量變化範圍，具有高強度、高硬度和耐磨性，能夠滿足多種服役環境需求。(3) 系統研究了Fe-Cr-Mo-Zr-B系塊體非晶合金在鹽酸溶液中的耐腐蝕性能，發現了鉻含量控制的活性-惰性轉變現象，揭示了決定耐蝕非晶合金低鉻臨界值的內在機理。提出了通過鉬的添加實現耐蝕性轉變調控，從而獲得超級不銹特性的新思路。(4) 對優選的高鉻、高硼和低鉬非晶合金進行了氣霧化制粉和超音速火焰噴塗，建立了非晶合金設計—非晶粉末製備—HVOF法製備非晶塗層的完整工藝流程，實現了非晶合金形成與快速凝固的實踐與理論統一；所製備的Fe54Cr18Mo2Zr8B18 非晶塗層的結合強度達到了迄今為止的最高值，其耐磨耐腐蝕性大大優於商業非晶合金塗層，在鹽酸和模擬海水中的耐蝕性顯著優於304不鏽鋼。(5) 製備出了具有優異抗重離子輻照性能的新型Fe基非晶合金及其塗層，並闡明了該非晶合金塗層具有優異抗輻照特性的原因。實驗證明，本項目研製的非晶合金塗層的抗輻照性能顯著優於商業非晶合金塗層。(6) 在國際上報導了首個四元Cr基塊體非晶合金體系，該合金具有極高的硬度、彈性模量以及優異的耐腐蝕性能。 上述成果對於發展我國核工業和耐磨防腐等領域使用的新型鋼鐵材料具有重要理論指導意義。在項目支持下，我們在Acta Materialia和Corrosion Science等國際學術期刊上發表論文27篇，均為SCI收錄，授權國家發明專利2項，公開1項。培養國家優秀青年基金獲得者1名，畢業博士碩士生6名。承辦和參加國際學術會議和邀請外國專家來華交流達20人次以上。
