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【用戶成果】高溫蒸汽下的“防（fáng）護盾”——揭秘14YWTZS合金的強（qiáng）抗氧化秘密

發（fā）布時間：

2025-09-06

燕山大（dà）學沈同德教授團隊在期刊《Corrosion Science》上發表了題為“Enhanced oxidation resistance of nanocrystalline ODS ferritic alloy in high-temperature steam through addition of a small amount of Si”的論文。研究分析了鋯-矽合金(14YWTZS)在高溫蒸汽中表現出的強（qiáng）抗氧化性能。

【用戶成果】高溫蒸汽（qì）下的“防護盾”——揭秘14YWTZS合金的超強抗氧化秘密

DOI： 10.1016/j.corsci.2025.112906

燕山大學沈同德教授團隊在期刊《Corrosion Science》上發表了題為“Enhanced oxidation resistance of nanocrystalline ODS ferritic alloy in high-temperature steam through addition of a small amount of Si”的論文。研究分析了鋯-矽合金（jīn）(14YWTZS)在高溫蒸汽中表（biǎo）現出的強抗氧化性能。

研究背景

ODS合金因其優異的高溫強度、抗蠕變性能（néng）和抗（kàng）輻照（zhào）性能，被視（shì）為（wéi）未來先進核反應堆（如超臨界水冷堆SCWR）的關鍵結構材料。然而（ér），傳統ODS合金在高溫蒸汽環境中的抗氧化性能仍有不足，尤其是在Cr含量較高時可能引發熱脆化和輻照脆化問題。通過開發一種低含量Si合金化的協同作用，開發一種新型納米晶ODS合金(14YWTZS)，顯著提升其在650℃高溫蒸汽環境中的抗氧化性能，並揭示其氧化機製。

實驗方法

製備工藝：在氬氣氣氛手套箱內，粉末混合（hé）物與鋼球放入SPEX 8000D振（zhèn）動高能球磨機，以1425 rpm的轉速進行24小時的機械合金化處理。在900℃及4 GPa高壓條件下燒結30分鍾。
高溫水氧測試

使用天津中環的高溫靜態水氧腐蝕儀進行測試，5 × 5 × 1.5 mm³樣品放置（zhì）於反應（yīng）腔內，在650℃，Ar-20 % H₂O (vol%)的條件下，進行1 ~ 1000 h的蒸汽氧化試驗。

討論與機製

Si合金（jīn）化的關鍵（jiàn）性：低含（hán）量（liàng）Si（1 wt%）即可形成（chéng）連續（xù）SiO₂層，過量（liàng）Si會損害力學性能。且SiO的非（fēi）晶態結構比晶態Cr₂O₃更耐離子滲透。
氧化層演化過程

早期階段：Si沿晶（jīng）界（jiè）快速擴散形成SiO₂，Mn/Cr向外擴散形成外層尖晶（jīng）石。
中期階段：Cr₂O₃層（céng）形成（chéng），Fe被排斥形成孤立顆粒。
長期（qī）階段（duàn）：Si持續外遷形成Mn₂SiO₄最（zuì）外層，SiO₂內層增厚至28 nm。

總結

該研究通過“納米晶+低Si”策略，成功（gōng）設計出抗（kàng）高溫氧化的ODS合金，為核能材料開發提供了重要參（cān）考。

天津中環推出高溫靜（jìng）態/高速水氧腐蝕測試係列設備，利用實驗（yàn）室測試方法,準確模擬渦輪發動機工作環境（jìng）的高溫（wēn）、高（gāo）水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對材料的熱腐蝕、水（shuǐ）蒸氣氧化（huà）腐蝕進行循環測（cè）試，以正確評估材料的熱化學穩定性（xìng）。該設（shè）備由進氣控製單元、液體精確控製進液量單元、加熱（rè）蒸發器控製水（shuǐ）的均勻汽化和氣體混合、伴熱管路、加熱反應器等組件構成。主要用於:各（gè）種功能陶瓷，結（jié）構（gòu）陶瓷和陶瓷基複合材料，超高溫合金材料，高溫熱障塗層等領域。

靜態水（shuǐ）氧：

·液態（tài）水（shuǐ）汽化精準可控

·載氣多量程可選（xuǎn）：300ml/1000ml/3000ml

·最高溫度可選：1200℃/1600℃/1800℃

·可預設多組工藝，每組50段程序控製

高速水氧：

·實（shí）現水蒸氣衝擊：160m/s（計算值）

·精準控製進液量（liàng）

·液態水的均勻汽化（huà）和氣體（tǐ）混合

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