《ADS液態金屬環境下結構材料溶解腐蝕的理論研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由許依春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：ADS液態金屬環境下結構材料溶解腐蝕的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：許依春
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
加速器驅動的次臨界核能系統(ADS)是目前公認的高效、安全、潔淨的先進核能系統。制約該系統的關鍵問題之一是結構材料將面對比傳統核能系統更加惡劣的服役環境--更強的輻照損傷和嚴重的液態金屬腐蝕。實驗表明液態金屬腐蝕程度不僅與液態金屬的種類、材料結構和合金成分有關，還與液態金屬中的氧濃度有關。本項目擬開展ADS液態金屬環境下結構材料溶解腐蝕的理論研究。以α-Fe和γ-Fe為研究對象，結合第一性原理計算和從頭計算分子動力學方法，從坐標空間上研究液態金屬溶解腐蝕不同結構材料的微觀過程，以及氧參與腐蝕的過程；從能量空間上研究不同液態金屬對結構材料的腐蝕能力，以及材料結構、合金成分和氧存在對腐蝕的影響；從電子層次揭示液態金屬溶解腐蝕的微觀機制。希望通過該項目的研究，揭示液態合金溶解腐蝕結構材料的微觀圖像和機制，篩選有利於提高材料抗腐蝕性能的合金元素，為設計抗液態金屬溶解腐蝕的材料提供有意義的信息。
結題摘要
加速器驅動的次臨界核能系統（ADS）中結構材料除了面臨比傳統核能系統中更強的輻照損傷，還面臨嚴重的液態金屬腐蝕。因此，本項目以bcc-Fe（馬氏體鋼基體）和fcc-Fe（奧氏體鋼基體）為研究對象，結合第一性原理計算和從頭計算分子動力學模擬方法，研究液態金屬環境下兩種鋼溶解腐蝕的微觀過程及其溶解腐蝕的影響因素，探究液態金屬溶解腐蝕的微觀機制，並為提高鐵基結構材料抗腐蝕性能奠定理論基礎。研究表明，液態金屬對鐵基結構材料的溶解腐蝕程度與液態金屬成分、結構材料表面取向、合金成分、服役環境溫度以及應變等因素密切相關。首先， bcc-Fe和fcc-Fe不同表面（100）、（110）和（111）液態金屬的溶解腐蝕研究表明，鉍比鉛更容易吸附在鐵表面上，溶解腐蝕更嚴重，且（111）表面腐蝕最嚴重。同時，鐵表面合金元素對液態金屬原子的吸附和溶解影響的研究表明，Si、V、Nb、Mo等有利於抑制液態金屬溶解腐蝕鐵基結構材料，而Al、Cr、Mn、Ni和Cu則容易被溶解腐蝕，與實驗觀察結果一致，可為鐵基結構材料的設計提供理論依據。結合溶解腐蝕過程的鐵表面微觀結構、溶解能量變化以及固-液界面處電子結構，揭示鐵表面（鐵合金）溶解腐蝕的微觀機制。此外，溶解腐蝕產物也會嚴重影響著液態金屬的動力學行為及其中氧濃度和氧擴散機制，以及液態金屬進入結構材料內部脆化。
