低熔點(diǎn)金屬與不銹鋼表面交互作用的研究.pdf

1、隨著核電的快速發(fā)展，核電裝備的國產(chǎn)化制造成為影響核電自主創(chuàng)新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。核電裝備具有高可靠性和長壽命的特點(diǎn)，因此構(gòu)件在加工制造過程中，對(duì)材料表面潔凈度提出更高的要求。低熔點(diǎn)金屬作為表面污染形式之一，盡管ASME和RCC-M標(biāo)準(zhǔn)明確禁止低熔點(diǎn)金屬與過流部件表面接觸，然而對(duì)低熔點(diǎn)金屬如何與材料表面交互作用以及低熔點(diǎn)金屬粘附后如何影響材料性能等問題的理解還不夠深入。不銹鋼是核電裝備制造中廣泛應(yīng)用的材料，鈍化是不銹鋼的重要特性。但是，低熔點(diǎn)金屬

2、與不銹鋼交互作用的研究還未見相關(guān)報(bào)道。因此本文研究低熔點(diǎn)金屬與不銹鋼之間的交互作用，分析不銹鋼表面鈍化狀態(tài)對(duì)交互作用的影響規(guī)律并揭示交互作用機(jī)制，將對(duì)核電不銹鋼裝備的高潔凈度制造提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
　　本文以低熔點(diǎn)金屬Sn和Zn為對(duì)象，研究Sn、Zn與新鮮表面、空氣自鈍化及化學(xué)鈍化等典型不銹鋼表面的交互作用，分析了交互作用后形成的Fe-Sn和Fe-Zn化合物組織結(jié)構(gòu)演變特征，基于組織結(jié)構(gòu)特征提出了鈍化影響交互作用的評(píng)估方法，

3、結(jié)合不銹鋼鈍化膜質(zhì)量的顯色檢測(cè)表征，揭示了鈍化對(duì)交互作用的影響機(jī)制，探討了低熔點(diǎn)金屬Sn、Zn與不銹鋼交互作用后，形成的化合物對(duì)不銹鋼常溫腐蝕性能和高溫腐蝕性能的影響。主要結(jié)論如下:
　　(1)明確了低熔點(diǎn)金屬Sn、Zn與不銹鋼的交互作用。結(jié)果表明:當(dāng)液相Sn與新鮮表面的不銹鋼交互作用時(shí)，以形成片狀和長條狀的(Fe，Cr)Sn2化合物的方式發(fā)生冶金結(jié)合，固相Sn與不銹鋼在220℃接觸54 h，不發(fā)生冶金結(jié)合作用;當(dāng)液相和固相Zn與

4、不銹鋼交互作用時(shí)，以形成細(xì)小顆粒狀的δ-(Fe，Cr)Zn10相和塊狀的ζ-(Fe，Cr)Zn13化合物的方式發(fā)生冶金結(jié)合。
　　(2)闡明了不銹鋼表面鈍化狀態(tài)對(duì)交互作用的影響規(guī)律。結(jié)果表明:對(duì)于不同鈍化狀態(tài)的304不銹鋼與低熔點(diǎn)金屬Sn、Zn的交互作用，空氣自鈍化使Fe-Sn冶金結(jié)合層不均勻生長，化學(xué)鈍化進(jìn)一步抑制Fe-Sn化合物的形成;而鈍化處理不能有效抑制Zn在不銹鋼表面的冶金結(jié)合作用。對(duì)于不同種類的不銹鋼與低熔點(diǎn)金屬Sn的

5、交互作用，420不銹鋼表面完全被Fe-Sn化合物覆蓋，鈍化處理降低了化合物的生長速率但不能抑制化合物的形成;Fe-Sn化合物在鈍化的316不銹鋼表面局部生長，不銹鋼空氣自鈍化的時(shí)間越長，生長化合物的覆蓋率越小，厚度越低;液相Sn與空氣自鈍化和化學(xué)鈍化的2205不銹鋼未發(fā)生冶金結(jié)合作用。
　　(3)揭示了鄰菲羅啉顯色值—不銹鋼鈍化膜完整性—低熔點(diǎn)金屬粘附程度之間的關(guān)系。結(jié)果表明:利用鄰菲羅啉檢測(cè)不銹鋼表面，發(fā)現(xiàn)從新鮮表面到空氣自鈍化

6、再到化學(xué)鈍化，鄰菲羅啉顯色值逐漸降低，說明鄰菲羅啉能夠檢測(cè)鈍化膜的完整性，對(duì)比空氣自鈍化處理，化學(xué)鈍化不銹鋼表面生長相對(duì)較完整的鈍化膜;不同鈍化狀態(tài)的不銹鋼與低熔點(diǎn)金屬Sn、Zn交互作用，發(fā)現(xiàn)形成化合物的粘附程度存在差異，從而提出表面覆蓋率因子評(píng)價(jià)鈍化膜對(duì)Sn、Zn與不銹鋼交互作用的影響，建立覆蓋率因子與顯色值之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)表面覆蓋率因子與鄰菲羅啉顯色值之間存在線性關(guān)系，較大的鄰菲羅啉顯色值，鈍化膜的完整性相對(duì)較低，鈍化膜對(duì)低熔點(diǎn)金屬

7、Sn、Zn與不銹鋼交互作用的阻礙能力降低，生長化合物的表面覆蓋率增加。不銹鋼表面鈍化膜完整性是影響低熔點(diǎn)金屬Sn、Zn與不銹鋼交互作用的重要因素。
　　(4)研究了交互作用形成的Fe-Sn和Fe-Zn化合物對(duì)不銹鋼常溫腐蝕性能和高溫腐蝕性能的影響。結(jié)果表明:在常溫腐蝕條件下，F(xiàn)e-Sn化合物粘附區(qū)域易于形成點(diǎn)蝕坑，進(jìn)而加速了不銹鋼的點(diǎn)蝕，并且化合物粘附的比例越大，不銹鋼點(diǎn)蝕的數(shù)量越多。在高溫高壓水腐蝕條件下，F(xiàn)e-Sn和Fe-Zn