压水堆(PWR)核电厂的蒸汽发生器(SG)传热管长期服役时二次侧容易发生缝隙腐蚀失效。SG与支撑板(TSP)之间的传热缝隙(HTC)是发生缝隙腐蚀的主要部位。SG一次测温度高于二次侧,HTC中容易发生局部沸腾,造成HTC中的杂质离子(如Cl-、Sx 和Pb 等)发生浓缩(浓缩系数可达104-108),形成苛刻的局部环境,加速SG传热管的腐蚀失效。因此,研究PWR核电厂SG传热管用690合金在含侵蚀性杂质离子溶液中的缝隙腐蚀行为与机理,是理解SG传热管服役失效,保障其运行安全的关键。
中科院金属所核电材料腐蚀课题组在国家自然科学基金面上项目(51971230)、辽宁省博士科研启动基金计划项目(2020-BS-005)及中科院金属所创新基金(SCJJ-2013-ZD-02)的共同支持下,研究了690合金/405不锈钢异种金属在含氯水中的缝隙腐蚀电化学行为。缝隙内690合金与405不锈钢之间的电偶作用导致缝隙内690合金由阳极向阴极转变,腐蚀过程被抑制;最终,缝隙外690合金作为阴极发生吸氧反应,缝隙内690合金作为阴极发生析氢反应,两者共同促使缝隙内405不锈钢作为阳极发生活性溶解。相关研究成果已发表在Journal of Nuclear Materials 575 (2023) 154226。
(a)异种金属缝隙腐蚀电化学测试装置(b,c)690合金/405不锈钢在缝隙腐蚀过程中耦合电位及各金属腐蚀电流的变化趋势