這項研究主要關(guān)注一種標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼——AISI 316L。

瑞典皇家理工學(xué)院的一項突破性研究，精確量化了液態(tài)鉛腐蝕不銹鋼的速度與微觀機(jī)制，為建造更耐用的核反應(yīng)堆提供了數(shù)據(jù)支持。研究人員發(fā)現(xiàn)，腐蝕是由僅一微米厚的不可見液態(tài)鉛膜引發(fā)，其將金屬損耗速度加速至驚人的每年數(shù)毫米。

發(fā)表于《腐蝕科學(xué)》的研究表明，雖然現(xiàn)有合金在此條件下會失效，但新一代鋼材可承受高達(dá)800°C（1472°F）的高溫——遠(yuǎn)超典型反應(yīng)堆運(yùn)行條件。這項研究聚焦于工業(yè)廣泛應(yīng)用的奧氏體不銹鋼AISI 316L。"因其高鎳含量以及鉻等其他元素，它被稱為奧氏體不銹鋼，"研究人員在新聞稿中解釋道。

雖然316L以機(jī)械強(qiáng)度著稱，但研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)它在某些先前被專家誤解的特定條件下會喪失抗腐蝕性。每年數(shù)毫米而非微米的快速腐蝕速率，正是由那層超薄液膜驅(qū)動。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了長期以來認(rèn)為會先形成氧化鐵（鐵素體）保護(hù)層的假設(shè)。團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，鉛膜幾乎在接觸瞬間就導(dǎo)致鋼材結(jié)構(gòu)崩解。

這種快速結(jié)構(gòu)失效的原因在于鋼中元素與鉛的相互作用。與"鉛緩慢滲入金屬"的傳統(tǒng)認(rèn)知相反，研究發(fā)現(xiàn)占316L重要組成的鎳原子極易溶于液態(tài)鉛。當(dāng)鎳原子從鋼材中擴(kuò)散并溶解到周圍液態(tài)鉛時，浸出過程便發(fā)生了。隨著鎳的流失，殘留的鐵和鉻會重組為鐵素體相，但缺乏鎳的新結(jié)構(gòu)脆弱且多孔。

研究人員解釋道："在流動的鉛冷卻劑中，這些充滿鉛的多孔通道極易被剝離，從而急劇加速材料損耗。"這解釋了異常高的材料損耗率：鋼材實質(zhì)上是從內(nèi)部被掏空后再被剝離。

由于這種腐蝕機(jī)制攻擊的是奧氏體鋼的基本成分，僅調(diào)整合金配方難以制造出"防腐蝕"材料——液態(tài)鉛終將滲入并帶走鎳原子。因此，研究團(tuán)隊提出采用復(fù)合方案，利用由研究員開發(fā)的新型鋁化物形成鐵素體鋼（FeCrAl）。

"與傳統(tǒng)奧氏體鋼作為分層材料結(jié)合使用時，這類材料可為未來鉛冷反應(yīng)堆提供所需的持久保護(hù)，"研究人員總結(jié)道。與316L不同，這些FeCrAl鋼會形成自修復(fù)氧化鋁膜（Al2O3），能阻止研究中觀察到的快速溶解現(xiàn)象。這種保護(hù)屏障即便在未來的發(fā)電所需極端溫度下也保持穩(wěn)定。

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