Ferritische/martensitische staalsoorten en austenitische staalsoorten zijn de belangrijkste kandidaatmaterialen voor geavanceerde kernenergiesystemen. De corrosiebestendigheid van de materialen is een van de factoren die de veilige werking van belangrijke componenten garandeert. Omdat de corrosieweerstand van materialen sterk gerelateerd is aan de eigenschappen van de gevormde oxidefilms, is het van cruciaal belang om de oxidefilms van kandidaatmaterialen in water met hoge temperatuur te onderzoeken.

Onderzoekers van het Institute of Modern Physics (IMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) selecteerden kandidaatmaterialen (15-15Ti, 316L en T91) om hun vroege oxidatiegedrag in stoom op hoge temperatuur en het evolutieproces van de oxidemicrostructuur te bestuderen . De resultaten zijn gepubliceerd in Journal of Materials Science &Technology .

De Ni-rijke laag in de oxidefilm van austenitische staalsoorten (15-15Ti, 316L) bestaat uit Fe-Cr-spineloxide en Ni-rijke fase. Onderzoekers van IMP vonden een groot aantal nanoporiën in de binnenste oxidelaag die zouden kunnen dienen als een snel gastransportkanaal voor oxidanten. Ze onthulden het evolutieproces van de Ni-rijke laag en het vormingsmechanisme van nanoporiën in de binnenste oxidelaag.

Als product van elementenmigratie en aggregatie van vacatures tijdens het corrosieproces hebben de poriën ook een belangrijke invloed op het door diffusie gedomineerde oxidatiegedrag. De onderzoekers gebruikten transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) om de microstructuur van de 316L- en T91-oxidefilms verder te bestuderen, waarbij ze zich concentreerden op de microscopische kenmerken zoals de morfologie, distributie en grootte van de poriën in de film.

Waarnemingen met hoge resolutie met behulp van TEM toonden aan dat de binnenlaag van 316L- en T91-oxidefilms poreuzer is dan de buitenlaag op nanoschaal, wat anders is dan de meeste eerdere waarnemingen met optische microscopen en scanning-elektronenmicroscopen. Door de fase, structuur en samenstelling van de oxidefilm te analyseren, werd het duidelijk dat de oxidatieweerstand van 316L beter is dan die van T91 bij stoom op hoge temperatuur, dankzij de poreuze, Cr-rijke binnenste oxidelaag.

De onderzoekers onthulden vervolgens het invloedsmechanisme van nanoporiën op de oxidatieve corrosieprestaties van materialen. Met de modelberekening suggereerden ze dat de migratie en diffusie van het Ni-element de dominante factor was bij de vorming van nanoporiën in de binnenste oxidelaag van austenitisch staal 316L blootgesteld aan stoom van 350°C–500°C.

Deze studie biedt een wetenschappelijke basis en technische ondersteuning voor het onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe anticorrosiematerialen.

Meer informatie: Chao Liu et al, TEM-vergelijkend onderzoek naar oxidefilms van 316L- en T91-staal blootgesteld aan stoom van 350–500 °C, Journal of Materials Science &Technology (2023). DOI:10.1016/j.jmst.2023.07.046

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen