超級鋼突破性進展：1472華氏度下可保護核反應堆免受鉛腐蝕

這項研究主要關注一種標準奧氏體不銹鋼——AISI 316L。

瑞典皇家理工學院的一項突破性研究，精確量化了液態鉛腐蝕不銹鋼的速度與微觀機制，為建造更耐用的核反應堆提供了數據支持。研究人員發現，腐蝕是由僅一微米厚的不可見液態鉛膜引發，其將金屬損耗速度加速至驚人的每年數毫米。

發表于《腐蝕科學》的研究表明，雖然現有合金在此條件下會失效，但新一代鋼材可承受高達800°C（1472°F）的高溫——遠超典型反應堆運行條件。這項研究聚焦于工業廣泛應用的奧氏體不銹鋼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以機械強度著稱，但研究團隊發現它在某些先前被專家誤解的特定條件下會喪失抗腐蝕性。每年數毫米而非微米的快速腐蝕速率，正是由那層超薄液膜驅動。這一發現顛覆了長期以來認為會先形成氧化鐵（鐵素體）保護層的假設。團隊發現，鉛膜幾乎在接觸瞬間就導致鋼材結構崩解。

這種快速結構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"的傳統認知相反，研究發現占316L重要組成的鎳原子極易溶于液態鉛。當鎳原子從鋼材中擴散并溶解到周圍液態鉛時，浸出過程便發生了。隨著鎳的流失，殘留的鐵和鉻會重組為鐵素體相，但缺乏鎳的新結構脆弱且多孔。

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：鋼材實質上是從內部被掏空后再被剝離。

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

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

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