Ti3SiC2、Ti3AlC2在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为研究

近来，熔盐堆作为第四代反应堆之一，由于其固有安全性而受到广泛关注。然而，熔盐堆的高温工作环境，对应用在熔盐堆中的结构材料提出了巨大的挑战，其中结构材料的腐蚀开裂和辐照脆化是导致材料劣化的主要问题。MAX相材料是一种新型抗辐照耐高温结构材料，有望被用在高温堆中。然而，对于MAX相材料应用于熔盐，还需经过与熔盐的相容性验证。本工作研究了MAX相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀行为，并对MAX相材料在熔融氟盐中的腐蚀机理进行了深入讨论。这一研究对于改善和提高MAX相材料的抗熔盐腐蚀性能具有指导意义。 本工作选取两种最常见的MAX相材料：Ti3SiC2和Ti3AlC2作为实验对象，进行这两种MAX相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀实验。研究发现，这两种MAX相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀均表现为A元素（Si和Al）的流失，区别在于，Ti3AlC2样品中Al元素几乎全部流失，而Ti3SiC2样品中Si元素的流失仅发生在表层及浅表层，即Ti3SiC2在熔融FLiNaK盐中的抗腐蚀性能优于Ti3AlC2。由于A元素的流失，原来的六方晶格结构发生拓扑相变转变为立方TiCx结构，并且该腐蚀产物具有类似石墨烯的纳米层状结构。本论文工作还进行了Ti3SiC2在不同温度和时间下的腐蚀行为研究，测试了不同条件下的腐蚀深度。结果表明，Ti3SiC2样品在初始阶段发生很快的腐蚀，随着时间增长，腐蚀趋于缓慢，腐蚀深度随时间呈抛物线变化的趋势，表明MAX相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀是由元素扩散控制。在不同温度下的腐蚀数据表明，随着温度升高，腐蚀深度增大，这是由于温度升高元素扩散加快所致。