研究人员探索了先进的保护涂层，以抵抗核聚变反应堆的腐蚀。他们在高温、流动的锂铅环境中测试了ODS合金上的α-Al2O3氧化层。即使是裸露的ODS合金也会在原位形成耐用的γ-LiAlO2层，从而抑制进一步的腐蚀。这些层在机械应力下表现出很强的附着力，这使得这些发现对于提高聚变反应堆和高温能源系统中的材料耐久性至关重要。

　　聚变反应堆是一种很有前途的可持续能源来源，它需要先进的材料，能够承受由液态金属冷却剂（如锂和锂铅合金）产生的极端温度和腐蚀性环境。这些冷却剂在聚变反应堆中提取热量和繁殖氚是必不可少的，但它们的腐蚀性威胁到所用结构材料的完整性。LiPb的腐蚀性特别强，因为它含有高浓度的锂，锂会与结构材料发生反应，随着时间的推移会导致腐蚀和材料降解。

　　ODS FeCrAl合金以其优异的高温强度和耐腐蚀性而闻名，被认为是聚变反应堆和其他高温应用（如集中太阳能发电系统）的有希望的候选者。这些合金依赖于形成保护氧化层，如α-Al2O3，在高温下提供稳定性和耐久性。然而，在液态LiPb环境中，合金和冷却剂之间的化学相互作用引起了人们对这些保护层的稳定性和寿命的担忧。

　　在这种观点下，东京科学研究所（Science Tokyo）的一组研究人员，由副教授Masatoshi Kondo领导，与横滨国立大学，日本核燃料开发和国家聚变科学研究所研究部合作，对ODS FeCrAl合金在高温下长时间暴露于流动液体LiPb下形成的氧化层进行了腐蚀测试。他们的研究发表在2024年9月17日的《腐蚀科学》杂志上。

　　研究人员使用两种ODS FeCrAl合金SP10和NF12进行了腐蚀测试。为了模拟核聚变反应堆冷却剂系统的实际情况，在873 K的静态和搅拌流动条件下进行了试验。他们采用先进的冶金分析技术，包括扫描透射电子显微镜和电子能量损失光谱，来研究在合金表面形成的保护氧化层的成分和微观结构。

　　他们发现预先形成的α- al2o3层有效地抑制了初始腐蚀，但由于锂的吸附，部分转化为α-/γ-LiAlO2。有趣的是，即使没有预氧化，ODS合金在原位也形成了耐用的γ-LiAlO2层，作为自形成的保护屏障。利用先进的电子显微镜对α-Al2O3层进行微观结构分析，发现锂离子渗透到α-Al2O3层中，导致了化学转变。尽管如此，α-Al2O3和γ-LiAlO2层均表现出较强的抗剥落能力。微划痕测试证实，即使在LiPb凝固引起的高热应力下，这些层也能牢固地粘附在合金表面，降解最小。

　　“锂铝氧化物层的耐久性表明，这些合金在高温、高应力环境下可以使用更长时间。这一层作为一个可持续的保护层，即使在最初的磨损后也能继续保护反应堆部件。”近藤解释道。

　　随着核技术的发展，这些发现使我们离开发可以长时间安全运行的反应堆又近了一步，使可持续能源更加可行。“我们的研究结果表明，ODS FeCrAl合金具有形成持久保护层的能力，可以在未来的聚变反应堆和其他高温电力系统中发挥至关重要的作用，”近藤说，强调了这项研究的影响。

　　关于东京科学研究所（Science Tokyo）

　　东京科学研究所（Science Tokyo）成立于2024年10月1日，由东京医科牙科大学（TMDU）和东京工业大学（Tokyo Tech）合并而成，以“推进科学和人类福祉，为社会创造价值”为使命。