Gli acciai ferritici/martensitici e gli acciai austenitici sono i principali materiali candidati per i sistemi avanzati di energia nucleare. La resistenza alla corrosione dei materiali è uno dei fattori che garantiscono il funzionamento sicuro dei componenti chiave. Poiché la resistenza alla corrosione dei materiali è fortemente correlata alle caratteristiche delle pellicole di ossido formate, è fondamentale studiare le pellicole di ossido dei materiali candidati in acqua ad alta temperatura.
I ricercatori dell'Istituto di fisica moderna (IMP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno selezionato i materiali candidati (15-15Ti, 316L e T91) per studiare il loro comportamento di ossidazione precoce nel vapore ad alta temperatura e il processo di evoluzione della microstruttura dell'ossido . I risultati sono stati pubblicati nel Journal of Materials Science &Technology .
Lo strato ricco di Ni nel film di ossido degli acciai austenitici (15-15Ti, 316L) è composto da ossido di spinello Fe-Cr e fase ricca di Ni. I ricercatori dell'IMP hanno scoperto un gran numero di nanopori nello strato interno di ossido che potrebbero fungere da canale di trasporto rapido del gas per l'ossidante. Hanno rivelato il processo di evoluzione dello strato ricco di Ni e il meccanismo di formazione dei nanopori nello strato di ossido interno.
Come prodotto della migrazione degli elementi e dell'aggregazione dei posti vacanti durante il processo di corrosione, i pori hanno anche un'influenza importante sul comportamento di ossidazione dominato dalla diffusione. I ricercatori hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) per studiare ulteriormente la microstruttura dei film di ossido 316L e T91, concentrandosi sulle caratteristiche microscopiche come la morfologia, la distribuzione e la dimensione dei pori all'interno del film.
Le osservazioni ad alta risoluzione utilizzando TEM hanno mostrato che lo strato interno dei film di ossido 316L e T91 è più poroso dello strato esterno su scala nanometrica, il che è diverso dalla maggior parte delle osservazioni precedenti effettuate utilizzando microscopi ottici e microscopi elettronici a scansione. Analizzando la fase, la struttura e la composizione del film di ossido, era chiaro che la resistenza all'ossidazione del 316L è migliore di quella del T91 nel vapore ad alta temperatura grazie al suo strato interno di ossido poroso ricco di Cr.
I ricercatori hanno poi rivelato il meccanismo di influenza dei nanopori sulle prestazioni di corrosione ossidativa dei materiali. Con il calcolo del modello, hanno suggerito che la migrazione e la diffusione dell'elemento Ni era il fattore dominante nella formazione di nanopori nello strato di ossido interno dell'acciaio austenitico 316L esposto a vapore a 350°C–500°C.
Questo studio fornisce una base scientifica e un supporto tecnico per la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali anticorrosivi.
Ulteriori informazioni: Chao Liu et al, studio comparativo TEM su film di ossido di acciaio 316L e T91 esposti a vapore a 350–500 °C, Journal of Materials Science &Technology (2023). DOI:10.1016/j.jmst.2023.07.046
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
