近日，中科院合肥研究院核能安全所黃群英研究員項(xiàng)目組在利用稀土元素改善CLAM鋼耐液態(tài)金屬腐蝕研究方面取得新進(jìn)展，研究成果發(fā)表于國際腐蝕領(lǐng)域知名期刊Corrosion Science上。 

　　 以液態(tài)鉛鉍合金（Lead Bismuth Eutectic, LBE）作為主冷卻劑的鉛基反應(yīng)堆，因其具備安全性、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，未來有望應(yīng)用于內(nèi)陸偏遠(yuǎn)地區(qū)、遠(yuǎn)海及航天供電。然而，LBE會對結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生一定的腐蝕，并可能影響其服役安全性及壽命。目前業(yè)內(nèi)主要通過控制LBE中的溶解氧濃度、涂敷涂層，加入Al、Si等致密氧化層生成元素等方法，改善材料耐LBE腐蝕性能，從而推進(jìn)鉛基反應(yīng)堆工程化商業(yè)應(yīng)用。

　　 CLAM鋼因其具有高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)及良好的抗輻照性能等優(yōu)點(diǎn)，是鉛基反應(yīng)堆候選結(jié)構(gòu)材料之一。稀土元素Ce易偏聚于晶界并改善晶界穩(wěn)定性，因此近年來其在鋼中的應(yīng)用獲得廣泛研究，但其是否有益于改善結(jié)構(gòu)材料耐LBE腐蝕性能尚不清楚。 

　　 針對上述問題，研究人員開展了500℃、10-6wt%溶解氧濃度LBE環(huán)境下CLAM鋼與Ce-CLAM鋼樣品腐蝕行為研究，結(jié)果顯示：Ce主要存在于晶界處，有效降低了晶界上M23C6的數(shù)量，減少了晶界附近的貧Cr區(qū)域，增強(qiáng)了晶界的穩(wěn)定性（圖1）；隨著腐蝕時(shí)間的增加，兩種樣品表面氧化膜厚度均逐漸增大（圖2），且Ce-CLAM樣品氧化膜生長速率常數(shù)kp約為CLAM試樣的1/2，表明微量Ce的添加改善了CLAM鋼的耐LBE腐蝕性能；在此基礎(chǔ)上提出了稀土元素Ce改善耐LBE腐蝕性能的機(jī)理模型（圖3）。該研究可為鉛冷快堆結(jié)構(gòu)材料耐LBE腐蝕性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論參考。 

　　本研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會及中國科學(xué)院國際合作項(xiàng)目的資助。