Достигнут важный прорыв в исследовании ключевых конструкционных материалов для реакторов в нашей стране

По данным Китайской национальной ядерной корпорации (CNNC), Китайский институт атомной энергии, объединив усилия с Наньчанским университетом, Шанхайским транспортным университетом и другими организациями, добился важного прорыва в исследовании поведения испарения материалов в условиях высоких температур и сверхвысокого вакуума. Впервые количественно раскрыт механизм анизотропии испарения никелевых сплавов при высоких температурах и сверхвысоком вакууме, что обеспечивает важную теоретическую основу и экспериментальную поддержку для оптимизации структуры, прогнозирования ресурса и проектирования надёжности высокотемпературных конструкционных материалов, применяемых в экстремальных условиях теплового вакуума, и имеет важное значение для продвижения самостоятельного и контролируемого производства жаропрочных сверхвысоковакуумных материалов в нашей стране. Соответствующие результаты опубликованы в ведущем международном журнале в области коррозии и окисления «Corrosion Science».

Никелевый сплав является ключевым конструкционным материалом для реакторов, и в условиях высоких температур и сверхвысокого вакуума в нём может происходить тепловакуумное испарение, приводящее к потере элементов и ухудшению свойств. Для повышения срока службы и надёжности никелевых сплавов в экстремальных условиях эксплуатации крайне важно систематически исследовать поведение и механизмы испарения никелевых сплавов при высоких температурах и сверхвысоком вакууме.

Лаборатория коррозии и защиты реакторных материалов Института реакторных технологий Китайского института атомной энергии разработала и создала экспериментальную установку для исследования испарения при высоких температурах и сверхвысоком вакууме, объединяющую системы получения сверхвысокого вакуума, программируемого контроля температуры, улавливания продуктов испарения и мониторинга в реальном времени, что позволило достичь экстремальных тепловакуумных условий с максимальной рабочей температурой 1000°C, остаточным давлением в горячем состоянии лучше 10⁻⁶ Па и однородностью температурного поля лучше ±5°C. На основе этой установки исследовательская группа провела эксперименты по испарению никелевого жаропрочного сплава Hastelloy 230 в условиях теплового вакуума при 800°C и ~10⁻⁶ Па продолжительностью до 3000 часов. На основе экспериментальных и теоретических расчётов было выяснено синергетическое регулирующее влияние кристаллографической ориентации и типов границ зёрен на поведение испарения. Результаты исследования показали, что путём регулирования ориентации зёрен и распределения характеристик границ зёрен можно повысить стойкость материала к испарению на уровне микроструктуры.

Как стало известно, соответствующие результаты исследования опубликованы в статье под названием «Микроструктурно-обусловленное поведение испарения сплава Hastelloy 230 в условиях высоких температур и сверхвысокого вакуума». Первый автор — научный сотрудник Китайского института атомной энергии Ян Ваньхуань, авторы-корреспонденты — научный сотрудник Китайского института атомной энергии Чжун Вэйхуа, преподаватель Наньчанского университета Ли Шэнь и доцент Шанхайского транспортного университета Шэнь Чао.