[发明专利]Ni-Nb二元合金在抗碲腐蚀中的应用

说明书

本发明公开了Ni‑Nb二元合金在抗碲腐蚀中的应用。本发明首次公开了Ni‑Nb二元合金作为耐碲腐蚀材料应用于碲腐蚀环境的新用途，当Ni‑Nb二元合金应用于碲腐蚀环境中时，合金中Nb元素会与合金表面的碲元素发生反应形成相对致密碲化铌层，阻止碲元素进一步沿晶界向合金内部扩散，同时碲化铌层还会阻止基体中的金属向外扩散形成其他碲化产物。Ni‑Nb合金具有良好的加工性能，既可以直接加工成构件，也可以制成焊材或粉末对其他合金进行覆层处理。Ni‑Nb合金除具有优异的抗碲腐蚀特性之外，还具有优良的抗高温熔盐腐蚀特性和高温强度特性，因此，由Ni‑Nb制成的构件或覆层尤其适宜应用于熔盐堆和钠冷快堆这样的同时存在高温熔盐腐蚀和碲腐蚀的严苛环境中。

技术领域

本发明涉及Ni-Nb(镍-铌)二元合金的新用途，尤其涉及Ni-Nb二元合金在抗碲(Te)腐蚀中的应用。

背景技术

在熔盐堆和钠冷快堆的服役过程中会形成裂变产物碲元素。这些碲元素在高温下通过沿晶扩散进入镍基高温合金热交换管和不锈钢燃料包壳中，导致上述构件的表面沿晶开裂，严重威胁反应堆的服役安全。

反应堆中碲腐蚀主要体现在表面碲化物和碲元素在晶界的偏聚两方面，其中后者是碲腐蚀危害性的主要体现。碲元素偏聚于晶界后会减弱晶界的结合力，使得晶界容易发生开裂。碲元素沿合金表面扩散的深度和偏聚浓度决定了碲腐蚀危害性的程度。因此，抑制合金碲腐蚀的根本在于阻止碲沿表面晶界的扩散。

为了解决这一问题，前期研究者尝试了提高合金中铬(Cr)元素含量或改进燃料盐配方等手段，虽然能够改善碲腐蚀问题，但是也存在明显的缺点。在熔盐堆中，合金结构材料不仅要耐碲腐蚀还要耐熔盐腐蚀。提高铬元素含量后，虽然能够改善耐碲腐蚀能力，但又恶化了耐熔盐腐蚀性能。因此，通过调整铬元素含量无法同时满足两种耐腐蚀性能的要求。另外一方面，提高燃料盐中三价铀元素和四价铀元素的比例调整燃料盐的氧化还原势也能改善碲腐蚀问题，但是这种调整会提高燃料盐的成本，同时改变了原有成熟的物理设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供Ni-Nb二元合金的一种新用途。

具体地，本发明提供了Ni-Nb二元合金在抗碲腐蚀中的应用。

优选地，所述Ni-Nb二元合金为Ni-Nb二元合金构件。或者，所述Ni-Nb二元合金为覆盖于其它构件表面的Ni-Nb二元合金覆层。

进一步优选地，所述Ni-Nb二元合金覆层通过利用Ni-Nb二元合金焊材进行堆焊得到。或者，所述Ni-Nb二元合金覆层通过利用Ni-Nb二元合金粉末进行涂覆得到。或者，所述Ni-Nb二元合金覆层通过利用Ni-Nb二元合金进行电镀得到。或者，所述Ni-Nb二元合金覆层通过利用Ni-Nb二元合金进行气相沉积得到。

优选地，所述Ni-Nb二元合金中Nb含量为1～20wt.％。

优选地，所述碲腐蚀为反应堆中的碲腐蚀。

优选地，所述Ni-Nb二元合金通过在纯Ni中添加Nb生成。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明首次公开了Ni-Nb二元合金作为耐碲腐蚀材料应用于碲腐蚀环境的新用途，当Ni-Nb二元合金应用于碲腐蚀环境中时，合金中Nb元素会与合金表面的碲元素发生反应形成相对致密碲化铌层，阻止碲元素进一步沿晶界向合金内部扩散，同时碲化铌层还会阻止基体中的金属向外扩散形成其他碲化产物。

Ni-Nb合金具有良好的加工性能，既可以直接加工成构件，也可以制成焊材或粉末对其他合金进行覆层处理。

Ni-Nb合金除具有优异的抗碲腐蚀特性之外，其还具有优良的抗高温熔盐腐蚀特性和高温强度特性，因此，由Ni-Nb制成的构件或覆层尤其适宜应用于熔盐堆和钠冷快堆这样的反应堆环境中。