以鉛或鉛鉍共晶合金（LBE）作為冷卻劑的鉛冷快堆，因其優(yōu)良的中子物理特性、熱工水力特性及安全特性成為第四代核反應(yīng)堆的六種推薦堆型之一。然而，冷卻劑LBE與結(jié)構(gòu)材料的相容性問題成為制約鉛冷快堆發(fā)展的主要因素之一。近日，中國科學(xué)院近代物理研究所的科研人員利用噴丸處理工藝使鐵素體/馬氏體鋼SIMP表面納米化，研究了其在550℃飽和氧液態(tài)LBE中的腐蝕行為。

研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕1218小時后，表面納米化鋼表面生成的氧化膜厚度為28μm，而原始鋼表面生成的氧化膜厚度為37μm，表明表面納米化可顯著提升鐵素體/馬氏體鋼的抗LBE腐蝕性能。這主要歸功于兩個因素：噴丸處理引入的大量晶界顯著增強了鉻原子的擴(kuò)散系數(shù)，使得保護(hù)性的鉻-氧化物在氧化早期得以迅速生成，從而降低了氧化速率；噴丸樣品表面生成的磁鐵礦比原始樣品的晶粒尺寸更小，也更加致密，從而降低了氧原子的向內(nèi)擴(kuò)散和鐵原子的向外擴(kuò)散速率。

究還發(fā)現(xiàn)，表面納米化鋼的氧化層與基體的結(jié)合強度更高。這主要得益于表面納米化鋼的外氧化層相比原始鋼更加致密，鉛的滲透程度更低。此外，較小的晶粒尺寸和鐵-鉻尖晶石中較高的鉻含量也促使表面納米化鋼的氧化層相比原始鋼具備更高的結(jié)合強度。

該研究為提升鉛冷快堆結(jié)構(gòu)材料的耐LBE腐蝕性能提供了重要的技術(shù)工藝，對提高結(jié)構(gòu)材料的服役性能具有重要的意義。

蘭州日報社全媒體記者 李丹