Cases
【用户成果】高温蒸汽下的“防护盾”——揭秘14YWTZS合金的超强抗氧化秘密
2025-09-05
DOI： 10.1016/j.corsci.2025.112906
燕山大学沈同德教授团队在期刊《Corrosion Science》上发表了题为“Enhanced oxidation resistance of nanocrystalline ODS ferritic alloy in high-temperature steam through addition of a small amount of Si”的论文。研究分析了锆-硅合金(14YWTZS)在高温蒸汽中表现出的强抗氧化性能。
研究背景
ODS合金因其优异的高温强度、抗蠕变性能和抗辐照性能，被视为未来先进核反应堆（如超临界水冷堆SCWR）的关键结构材料。然而，传统ODS合金在高温蒸汽环境中的抗氧化性能仍有不足，尤其是在Cr含量较高时可能引发热脆化和辐照脆化问题。通过开发一种低含量Si合金化的协同作用，开发一种新型纳米晶ODS合金(14YWTZS)，显著提升其在650℃高温蒸汽环境中的抗氧化性能，并揭示其氧化机制。
实验方法
♦制备工艺：
在氩气气氛手套箱内，粉末混合物与钢球放入SPEX 8000D振动高能球磨机，以1425 rpm的转速进行24小时的机械合金化处理。在900℃及4 GPa高压条件下烧结30分钟。
♦高温水氧测试：
总结
♦Si合金化的关键性：低含量Si（1 wt%）即可形成连续SiO₂层，过量Si会损害力学性能。且SiO的非晶态结构比晶态Cr₂O₃更耐离子渗透。
♦氧化层演化过程
1.早期阶段：Si沿晶界快速扩散形成SiO₂，Mn/Cr向外扩散形成外层尖晶石。
2.中期阶段：Cr₂O₃层形成，Fe被排斥形成孤立颗粒。
3.长期阶段：Si持续外迁形成Mn₂SiO₄最外层，SiO₂内层增厚至28 nm。
总结
该研究通过“纳米晶+低Si”策略，成功设计出抗高温氧化的ODS合金，为核能材料开发提供了重要参考。
设备介绍
天津中环推出高温静态/高速水氧腐蚀测试系列设备，利用实验室测试方法,准确模拟涡轮发动机工作环境的高温、高水蒸气分压和水蒸气速度，针对材料的热腐蚀、水蒸气氧化腐蚀进行循环测试，以正确评估材料的热化学稳定性。该设备由进气控制单元、液体精确控制进液量单元、加热蒸发器控制水的均匀汽化和气体混合、伴热管路、加热反应器等组件构成。主要用于:各种功能陶瓷，结构陶瓷和陶瓷基复合材料，超高温合金材料，高温热障涂层等领域。
静态水氧：
高速水氧：
实验炉系列
工业炉系列
中环电炉客服