表面纳米化对镍基690合金抗腐蚀性能的影响

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压水堆核电站蒸汽发生器是核反应堆一、二回路的压力边界,服役于高温高压强腐蚀性的恶劣环境,故对其材料的性能要求特别高。其材质也从奥氏体304不锈钢、Inconel600合金、Incoloy 800合金等发展到目前被认为是最佳替代材料的镍基690合金。然而,由于长时间的服役,镍基690合金在腐蚀环境也会发生失效。为进一步延长核电站的服役时间,提高其安全性,降低运营成本,有必要提高镍基690合金的抗腐蚀性能。本文利用超声表面滚压设备对镍基690合金进行表面纳米化处理,并研究了纳米化前后镍基690合金在压水堆核电站二次侧环境中的抗腐蚀性能变化。主要研究内容和相关结果如下:(1)采用超声表面滚压方法在镍基690合金表面进行纳米化处理,选择0 mm、0.2mm、0.4 mm、0.6 mm等四种不同的压下量作为变量。结果表明,选择压下量为0.2 mm的加工参数时有利于平整样品表面,减小粗糙度,而随着压下量的继续增加,变形量超过了设备的平整能力,反而恶化了加工样品的表面质量,增加了样品的粗糙度。表面纳米化处理使690合金的XRD衍射峰发生了宽化,衍射峰的位置发生右移,并且随着压下量的增加这种现象更加明显。超声表面滚压处理提高了690合金的表面硬度,原样的硬度为180.2 HV0.05,当压下量为0.2 mm时硬度提高到337.5 HV0.05,提高近0.9倍,并且随着压下量的增加其硬度有小幅提升。故选择压下量为0.2 mm的实验样品作为后期研究对象,对其进行微观形貌观察,发现表面平均晶粒尺寸约为55 nm。(2)对表面纳米化前后的镍基690合金样品在ETA(乙醇胺,ethanolamine)、ETA+0.5M NaCl和ETA+0.5M Na2SO4这三种碱性溶液中进行常温的电化学腐蚀性能测试。开路电位测试结果表明,经过表面纳米处理后的镍基690合金在三种溶液中的开路电位都比原样要高,且表面纳米化样品在三种溶液中的电化学阻抗谱圆弧半径要大于未经处理的样品,极化曲线结果也表明,纳米化后的镍基690合金试样的自腐蚀电位比原样高,而腐蚀电流密度要低于原样,这表明表面纳米化处理提高了镍基690合金的抗腐蚀性能。(3)对超声表面滚压处理前后的镍基690合金进行常温浸泡和高温高压浸泡实验。在ETA+1M NaCl溶液中进行常温浸泡实验,时间为1000 h,结果表明,未经表面纳米化处理的镍基690合金样品经浸泡后表面发生沿晶腐蚀,且腐蚀现象十分严重,而纳米化后的镍基690合金则未发生沿晶腐蚀,腐蚀现象比原样要小很多。对纳米化前后的690合金试样在ETA和ETA+0.1M NaCl这两种溶液中进行60 min的高温高压浸泡腐蚀。在ETA溶液中,原样的腐蚀表面生成大量的大颗粒氧化物,而在纳米化试样表面的腐蚀现象则要轻微很多。在加入Cl-腐蚀介质后,纳米化前后的镍基690合金表面都出现腐蚀坑和大量腐蚀产物,但未经处理的样品表面形成的腐蚀产物发生聚集,而纳米化后的镍基690合金样品表面产生的腐蚀产物则相对分散。这表明在常温浸泡和高温浸泡腐蚀试验中,表面纳米化样品都具有更好的耐腐蚀性。
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