Laves相对P92钢在铅铋共晶合金中氧化行为的作用机制：高分辨率表征与DFT计算研究

《Journal of Materials Science & Technology》：Mechanistic understanding of the roles of Laves phase in P92 steel in oxidation under lead-bismuth eutectic alloy via high-resolution characterization methods and DFT calculations

本研究通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子探针断层扫描(APT)等高分辨率表征技术结合密度泛函理论(DFT)计算，揭示了Laves相在P92钢铅铋共晶(LBE)氧化过程中的关键作用。研究发现Laves相能显著延缓氧化速率，作为惰性标记物指示原始界面，并通过形成约10nm的Cr/Si/W富集夹层抑制氧扩散。该机制为第四代反应堆结构材料的长效防腐设计提供了重要理论依据。

　　

Highlight

通过SEM观察氧化膜的横截面

图1(a–e)展示了不同预时效时间的P92钢在550°C LBE中暴露1000小时后氧化膜的SEM形貌。所有样品均呈现由外层氧化层(OOL)和内层氧化层(IOL)构成的双层结构。SEM-EDS结果（图1f,g）显示OOL主要由Fe和O组成，并检测到少量Pb渗透；IOL则主要由Fe、Cr和O形成的尖晶石型氧化物构成。

Laves相的显著延迟氧化速率

热时效形成的Laves相表现出明显延迟的氧化速率（图2-5）。Laves相正上方的氧化夹层具有最高Cr浓度（图2q和表3），显示出强保护性。该夹层中的Cr富集可能源于Laves相内部Cr的外扩散，导致其内部形成Cr贫化区。

结论

本研究采用从微尺度到原子尺度的表征技术，深入分析了Laves相在550°C氧饱和LBE环境中浸泡1000小时后的作用机制。通过系统探究Laves相增强P92钢抗氧化的机理，得出以下结论：

1. 1.
   随着预时效时间延长，OOL和IOL的厚度均减小
2. 2.
   Laves相作为惰性标记物标识原始表面位置
3. 3.
   在Laves相与IOL之间发现约10nm厚的夹层，包含Cr富集氧化物、Si富集层和W富集氧化物
4. 4.
   DFT计算表明Laves相较钢基体具有更强氧吸附能力并能有效阻碍氧扩散