不锈钢构件在核电运行环境中的氧化腐蚀行为对核电厂的安全服役至关重要。等离子体渗氮技术可在保障基体材料自身性能的同时显著改进材料的耐蚀性，近年来备受关注。研究表明，不锈钢表面渗氮层中氮离子的溶出会改变局部区域的水化学环境进而影响其耐蚀性能。鉴于此，采用渗氮处理调控核电关键结构材料改性层的氧化腐蚀行为，提高其服役寿命，成为缓解核电结构材料腐蚀损伤问题的一种可能途径。
近期，在中国科学院核用材料与安全评价重点实验室开放课题、国家自然科学基金面上项目及辽宁省科技重大专项的联合支持下，实验室研究了等离子体渗氮对核级304不锈钢在高温高压水中氧化腐蚀行为的影响。发现与未渗氮处理对比，渗氮后的304不锈钢在高温高压水中的抗氧化腐蚀能力明显提高，主要是由于渗碳改性层中溶出的氮原子形成NH+4及其水解过程会影响局部区域的pH值；增加渗氮时间，NH+4的生成和水解速率增大，局部pH变化范围更大，稳定的腐蚀产物种类增加。渗氮后304不锈钢氧化膜内层形成Cr2O3和少量细小的尖晶石氧化物FeCr2O4。随着氧化过程的进行，NH+4的水解速度快于生成速度，局部区域溶液pH值降低，氧化膜外层形成大量块状不规则的Fe2O3和尖晶石氧化物Fe3O4。相关研究结果已发表：Oxidation behavior of 304 stainless steel with modified layer by plasma nitriding in High temperature and pressurized water, Corrosion Science, 186 (2021) 109468。
等离子体渗氮后304不锈钢在290oC、3 ppm DO水中浸泡72 h后渗氮层及氧化膜截面的TEM-EDS分析以及渗氮时间对304不锈钢高温高压水氧化行为影响机制示意图
（核电材料腐蚀疲劳与检测研究组 供稿）
