一种用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种特殊服役环境下腐蚀电化学行为研究领域，具体涉及一种检测材料在模拟熔盐堆中熔融氟化盐温度梯度腐蚀的试验装置及检测方法。试验装置包括炉膛、U型反应器、上盖和控温系统；所述控温系统和U型反应器设于炉膛内，U型反应器两侧反应管上设有上盖，上盖上配套设置有测试孔和气孔。采用本发明专利技术装置进行检测能够实现短时间内对熔盐堆中熔融氟化盐引起的温度梯度腐蚀进行定量评估，改变了以往费时费力的称重测试，为正确理解熔盐堆中温度梯度引起的结构材料腐蚀机理、优化材料设计及寿命预测起到关键作用。

A Test Device and Method for Corrosion Detection in Molten Salt Reactor

The invention relates to the research field of corrosion electrochemical behavior under special service environment, in particular to an experimental device and a detection method for detecting temperature gradient corrosion of molten fluoride in simulated molten salt reactor. The test device includes a furnace, a U-shaped reactor, an upper cover and a temperature control system. The temperature control system and a U-shaped reactor are arranged in the furnace. The upper cover is arranged on the reaction tubes on both sides of the U-shaped reactor, and the upper cover is matched with test holes and gas holes. The detection device of the invention can quantitatively evaluate the temperature gradient corrosion caused by molten fluoride in molten salt reactor in a short time, change the time-consuming and laborious weighing test in the past, and play a key role in correctly understanding the corrosion mechanism of structural materials caused by temperature gradient in molten salt reactor, optimizing material design and life prediction.

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置及检测方法
本专利技术涉及一种特殊服役环境下腐蚀电化学行为研究领域，具体涉及一种检测材料在模拟熔盐堆中熔融氟化盐温度梯度腐蚀的试验装置及检测方法。
技术介绍
材料在熔盐电堆环境中腐蚀的主要表现形式为金属的活性溶解。熔盐体系中的微量杂质和温度梯度是腐蚀的主要推动力。对一个封闭的恒温体系而言，金属溶解反应会随着环境中水等微量杂质的消耗而完全停止。然而当熔盐存在温度梯度时，这种金属的溶解反应将会持续进行，即金属在高温端溶解，溶解产物向低温端扩散，并被还原成金属。温度梯度引起的金属溶解-再析出反应会引起熔盐堆回路阻塞，造成意外停堆。因而，研究温度梯度下材料的腐蚀机制对熔盐堆的发展具有重要的意义。目前国内外在这方面的研究较为有限，主要是利用复杂的热对流回路研究材料在回路高/低温端的失/增重。Koger指出合金质量的损失和增加都与温度有关。Williams等也认为合金元素Cr会在高温区域发生选择性溶解造成合金内部形成孔洞，同时溶解产物在系统低温端析出。Adamson等利用熔盐温差装置研究发现316不锈钢管路系统在熔融KF-NaF-LiF-UF4中运行500h后冷端(温度为816℃)由于腐蚀产物沉积而发生阻塞现象。Koger等发现，HastelloyN合金在704～538℃的熔融LiF-BeF2-UF4热对流循环系统中浸泡29500h后，其在不同温度处的腐蚀深度各不相同，在高温端失重，最大质量损失约为2.9mg·cm-2，而在低温端增重，最大质量增加约为1.7mg·cm-2。这主要是因为UF4的加入，使合金发生2UF4+Cr＝CrF2+2UF3的反应，而此反应的平衡常数与温度有关，因此，当温度梯度持续存在时，腐蚀反应会持续发生。上述这些研究主要是通过测量合金在高、低温端的重量变化来研究温度场的影响，对腐蚀过程尚缺乏深入研究。事实上，当熔盐堆回路存在温度梯度时，回路用材料在熔盐中的腐蚀电位因温度不同而存在差异，因此温度梯度引起的腐蚀本质上是温度梯度引起的电偶腐蚀，其中高温端是腐蚀电池的阳极区，而低温端是腐蚀电池的阴极区。因此，可以采用电偶腐蚀研究方法研究上述腐蚀问题，这有助于了解材料在高/低温端的溶解与析出反应。综上所述，迫切需要一种原位电化学研究方法对该类问题进行研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种检测材料在模拟熔盐堆中熔融氟化盐温度梯度腐蚀的试验装置及检测方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置，试验装置包括炉膛、U型反应器、上盖和控温系统；所述控温系统和U型反应器设于炉膛内，U型反应器两侧反应管上设有上盖，上盖上配套设置有测试孔和气孔。所述炉膛具有向上的开口，容置U型反应器以及可以使U型反应器处在一个具有温度梯度的温度场中的控温系统。所述测试孔用于固定电极，气孔用于向U型反应器中通入保护气体Ar气。所述U型反应器和上盖之间有耐高温石墨密封垫；上盖上配套设置的测试孔与电极之间设有橡胶圈。所述U型反应器和上盖的材料为耐熔融氟化盐腐蚀的HastelloyC276合金。一种利用所述的装置进行检测熔盐堆中腐蚀的方法，将熔盐置于U型反应器中，通过U型反应器的两侧反应管密封上盖上设置的气孔通入保护气体高纯Ar气，再通过控温系统设置高温端和低温的梯度目标温度；将待测高温端和低温端试样分别通过所述测试孔置置于反应器中；当反应器达到目标温度时，将待高温端和低温端测试样缓慢浸入熔盐中；而后绘制梯度目标温度下样品在熔盐中的开路电位随时间变化曲线，以及待测样品电偶电流和电偶电位随时间的变化曲线，进而可检测样品的腐蚀程度。所述梯度目标温度为500～800℃之间的任意温度。所述熔盐为46.5LiF-11.5NaF-42KF(摩尔百分数)共晶盐。具体：分别称取氟化锂和氟化钠经真空干燥处理12～24h，再将二水合氟化钾在150～200℃真空环境中干燥处理少24～48h；而后按比例称量干燥后的氟化盐配制46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐；将混合均匀的46.5LiF-11.5NaF-42KF置于石墨坩埚内，并在150～200℃干燥箱内预先烘干24～48h，待用。进一步的说是待测试样品制备方法为：将待测试样品线切割成尺寸为30×5×2mm的试样，用150#、400#、600#及1000#砂纸依次打磨，随后，用去离子水和乙醇分别超声清洗样10min。采用氩弧焊将待测试样品与其材质相同的丝点焊到待测试样品的一端作为引线。用耐高温无机胶将参比电极Pt丝与其中一个待测试样品彼此绝缘地封装于同一氧化铝管中，并将两者间距控制在1～2mm。另一待测试样品则单独地封装于氧化铝管中，保证两个待测试样品的裸出部分面积相同。封装完成后的待测试样品经室温固化24h后，分别在150℃烧结1h和300℃烧结2h。测试前，用1000#砂纸重新打磨待测试样品表面以去除表面氧化皮，并用乙醇超声清洗。高温端和低温端的待测试样品是同种样品。将准备好的46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐置于U型反应器中；通过所述气孔通入保护气体高纯Ar气；设置高温端和低温的目标温度；将待测试样通过所述测试孔置于U型反应器中；当U型反应器达到目标温度时，将待测试样品缓慢浸入46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐中；并将高温端和低温端待测试样品及参比电极分别与电化学工作站对应连接；Pt丝为参比电极，高温端的待测试样品为工作电极1，低温端的待测试样品为工作电极2。本专利技术所具有的优点：本专利技术试验装置及电化学监测方法，可实现原位监测不同温度梯度的熔盐中材料的腐蚀行为；所采用的方法是首先将待测样品通过测试孔浸入到具有温度梯度的46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐中，然后测量不同温度46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐中的下材料的开路电位随时间变化曲线，再采用电偶腐蚀测试法对腐蚀体系原位监测电偶电流和电偶电位随时间的变化曲线，最后对经过电化学测试的样品进行SEM表征。本专利技术改变了以往费时费力的称重测试，为正确理解熔盐堆中温度梯度引起的结构材料腐蚀机理、优化材料设计及寿命预测起到关键作用。附图说明图1为本专利技术实施例提供的研究材料在模拟熔盐堆中熔融氟化盐温度梯度腐蚀的试验装置的结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的纯金属Fe(a)和316L(b)在600、650和700℃熔融46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐中的开路电位图。图3为专利技术实施例提供的Fe在温度梯度分别为650/700℃和600/700℃的熔融46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐中的电偶电位(a)与电偶电流(b)随腐蚀时间的变化曲线。图4为本专利技术实施例提供的Fe在温度梯度为650(a)/700℃(b)和600(c)/700℃(d)的熔融46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐中电偶腐蚀24h后的截面形貌图。图5为本专利技术实施例提供的316L在温度梯度分别为650/700℃和600/700℃的熔融46.5LiF-11.5NaF-42KF共晶盐中的电偶电位(a)与电偶电流(b)随腐蚀时间的变化曲线。图6为本专利技术实施例提供的316L在温度梯度为650(a)/700℃(b)和600(c)/700℃(d)的熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置，其特征在于：试验装置包括炉膛、U型反应器、上盖和控温系统；所述控温系统和U型反应器设于炉膛内，U型反应器两侧反应管上设有上盖，上盖上配套设置有测试孔和气孔。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置，其特征在于：试验装置包括炉膛、U型反应器、上盖和控温系统；所述控温系统和U型反应器设于炉膛内，U型反应器两侧反应管上设有上盖，上盖上配套设置有测试孔和气孔。2.按权利要求1所述的用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置，其特征在于：所述炉膛具有向上的开口，容置U型反应器以及可以使U型反应器处在一个具有温度梯度的温度场中的控温系统。3.按权利要求1所述的用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置，其特征在于：所述测试孔用于固定电极，气孔用于向U型反应器中通入保护气体Ar气。4.按权利要求1所述的用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置，其特征在于：所述U型反应器和上盖之间有耐高温石墨密封垫；上盖上配套设置的测试孔与电极之间设有橡胶圈。5.按权利要求1所述的用于检测熔盐堆中腐蚀的试验装置，其特征在于：所述U型反应器和上盖的材料为耐熔融氟化盐腐蚀的HastelloyC276合金。6.一种利用权利要求1所述的装置进行检测熔盐堆中腐蚀的方法，其特征在于：将熔盐置于U...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳丽，李伟华，刘会军，曾潮流，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45