研究背景
铅冷快堆因其清洁能源优势而备受关注。但作为冷却剂的铅铋共晶（LBE）的腐蚀会导致严重的降解。T91钢作为一种代表性的铁素体/马氏体钢，在铅铋共晶（LBE）环境中表现出显著的耐腐蚀性。然而，在饱和氧气条件下，T91钢会发生氧化和溶解，导致外层磁铁矿层的降解。为了增强T91钢的抗氧化性，天津大学的研究人员尝试了添加Al、Si等元素进行改性。
研究方法
天津大学的陈刚教授等人研究了添加Al（T91-Al）和Si（T91-Si）改性的T91钢在450°C的LBE中，分别在氧饱和条件（10⁻⁷-10⁻⁸ wt.%）和氧控制条件（3.2 × 10⁻⁴ wt.%）下的氧化行为。 采用先进的表征技术来了解改性T91钢的增强氧化性能的热力学和动力学机制。
研究亮点
材料的抗氧化性能顺序如下：T91 < T91-Al < T91-Si。
值得注意的是，T91-Si材料的抗氧化性能与溶解氧的相关性极小。
在氧气控制条件下，T91和T91-Al的氧化膜受到LBE的侵蚀和破坏，前者最终剥落。相比之下，除了氧饱和条件下的T91-Si外，两种材料都表现出明显的氧化膜增厚。
添加Al通过生成Al₂O₃改善了T91-Al上内部氧化膜的质量，从而减缓了Fe从基体中的扩散并增强了抗氧化性。
Si活跃地参与了T91-Si的氧化过程，减缓了Fe的扩散，并促进了Cr的扩散，从而增强了氧化膜的保护作用。
在饱和氧气条件下，T91-Si材料的氧化物厚度仅为T91的24%和T91-Al的35%
研究意义
图2. (a-c) 三种材料在450 °C LBE中溶解氧控制条件下暴露1000小时后的表面形貌，以及 (d-f) 横截面的相应EDS映射结果；(a, d) T91；(b, e) T91-Si；(c, f) T91-Al。
图3. T91 材料在450 °C LBE中氧饱和条件下暴露500小时后的TEM横截面形貌、EDS结果和 HRTEM图像；(a) 横截面形貌和EDS映射结果，(b) (a) 中标记的线扫描结果，(c-e) (a) 中标记点的HRTEM 图像，以及相应的 (f-h) SAED图像。
这项工作的第一作者来自天津大学的Feng Shao-Wu。天津大学的Dai Hai-Long和陈刚教授是该论文的通讯作者。
