聚變堆用CuCrZr合金腐蝕模型研究及實驗驗證

朱卉平 劉旭東 陳嘉威 楊鵬威 黃柏錕 馬 雁

（華北電力大學 北京 102206）

聚變堆設計中，銅鉻鋯（CuCrZr）合金作為一種候選熱沉材料，應用于國際熱核聚變實驗堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）中第一壁、偏濾器以及電連接頭部件［1］。CuCrZr合金與冷卻水接觸發生腐蝕，產生的腐蝕產物隨冷卻水遷移，并可能在輻射區活化而成為活化腐蝕產物的一部分，是反應堆運行及維護過程中工作人員輻照劑量的來源之一［2］。目前國內外對CuCrZr在聚變堆工況下的腐蝕行為研究較少，并且缺乏用于聚變堆放射性源項計算［3-4］的CuCrZr的腐蝕模型。所以，研究聚變堆設計工況下CuCrZr腐蝕模型具有重要意義。

香港大學Kwok等［5］研究pH對氯化鈉水溶液中CuCrZr 腐蝕行為的影響，發現在高pH 下形成的Cu2O/Cu（OH）2膜的生長阻礙了進一步的溶解。合肥工業大學Jiang等［6］通過旋轉實驗裝置，研究納米流體對CuCrZr 的腐蝕影響，流體的流速從1.0～3.25 m·s-1、溫度 70 ℃、腐蝕時長 1 224 h 和 2 136 h，發現金屬表面形成有點狀孔洞和裂紋的金屬氧化層，這一現象是因為化學腐蝕和流體侵蝕的共同作用。德國NET團隊Zheng等［7］進行高熱流條件下的CuCrZr 合金的腐蝕實驗，在100 ℃、含氧量（5～10）mg·L-1的流體中進行研究，發現CuCrZr合金表面形成一層厚厚的以氧化銅為主的氧化層，并在高速流體環境下，部分氧化層發生脫落。本研究通過分析CuCrZr 腐蝕機理結合氧化腐蝕和流體沖刷腐蝕特點，構建了CuCrZr 腐蝕模型。同時開展了ITER水環境中的腐蝕實驗，用實驗數據對構建的模型進行了驗證。

1 實驗方法

1.1 實驗材料及樣品處理

CuCrZr 合金含Cr：0.25%～1.20%，含Zr：0.08%～0.20%。線切割為20 mm×10 mm×2 mm 形狀后，樣品依次經過 400#、600#、1 000#、1 200#的水磨砂紙打磨，置于丙酮溶液中進行超聲清洗，烘干稱重后放入實驗臺架。……