中國(guó)電鍍網(wǎng)資訊：中國(guó)核工業(yè)已近60年，已經(jīng)設(shè)計(jì)與建造了生產(chǎn)堆、研究堆和核潛艇動(dòng)力堆等。各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為解決人類未來(lái)能源正在對(duì)核聚變反應(yīng)堆的開(kāi)發(fā)進(jìn)行大量的研究工作。

在核工業(yè)中鋁及鋁合金主要用作低、中溫水堆(石墨水生產(chǎn)堆、實(shí)驗(yàn)研究水堆及某些重水實(shí)驗(yàn)堆)燃料元件的包殼、工藝管、輔助管道及其他結(jié)構(gòu)材料等。工業(yè)純鋁在溫度為100℃~130℃的水冷反應(yīng)堆中得到廣泛的應(yīng)用。

反應(yīng)堆鋁材應(yīng)具備的特性

鋁材之所以在反應(yīng)堆中得到廣泛應(yīng)用，除了它具有眾所周知的優(yōu)良性能外，在核工程性能方面還有一些特異的性能：對(duì)熱中子的吸收截面小，為0.22×10-24cm2，僅比鈹、鎂、鋯的大一些，而比其他金屬的小得多，因此，鋁是性價(jià)比優(yōu)秀的上等材料;輻照感應(yīng)放射能衰減快，高純鋁在停止輻照后一周內(nèi)，放射能就急劇下降;反應(yīng)堆壁濺蝕小，在175℃以下耐輻照，輻照損失小，空穴率低。

在反應(yīng)堆中，作為熱交換介質(zhì)的水所引起的腐蝕比常規(guī)熱電站中的嚴(yán)重得多。一般說(shuō)來(lái)，鋁材在50℃以下的水中發(fā)生點(diǎn)蝕，在50℃~250℃水中以均勻腐蝕為主，在300℃以上水中則發(fā)生晶間腐蝕。

實(shí)踐證明：選用耐點(diǎn)蝕的鋁合金;提高鋁合金純度，以免產(chǎn)生陽(yáng)級(jí)性的夾雜物;提高堆用水純度，嚴(yán)格控制水中有害離子含量都是提高鋁材耐點(diǎn)蝕的有效措施。此外，對(duì)鋁材進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理也能提高其對(duì)點(diǎn)蝕的抵抗能力，不過(guò)水的溫度不能高于100℃，否則效果不佳。

作為元件包殼或工藝管的鋁材，在加工、運(yùn)輸與安裝過(guò)程中，其表面都不可避免地會(huì)產(chǎn)生種種避部損傷，如劃痕、碰傷、氧化膜缺陷等，它們加速陰極去極化反應(yīng)，也易使電位比鋁的更正的重金屬在此處沉積，從而加速鋁陰極的離子溶解作用，加速腐蝕。但只要損傷深度不超過(guò)一定值(低溫水堆用的鋁材的容許安全值為0.15mm~0.30mm)，不會(huì)引起異常的加速腐蝕，在低溫水堆的特定條件下，可安全使用。

1965年以前中國(guó)所需的工藝管全部從蘇聯(lián)引進(jìn)，1958年哈爾濱鋁加工廠(現(xiàn)在的東北輕合金有限責(zé)任公司)開(kāi)始二期項(xiàng)目建設(shè)，其中有工藝管車間，有成磁療的軋管、精整、陽(yáng)極氧化設(shè)備，原為蘇聯(lián)緩建項(xiàng)目，后由于蘇聯(lián)中止援助，中途一度停建，爾后自力更生建設(shè)，1965年才建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力50t/a。1966年生產(chǎn)工藝管4934根，33t，管的外徑43mm，內(nèi)徑41mm，當(dāng)時(shí)的合金牌號(hào)為L(zhǎng)T24。后來(lái)又在西北鋁加工廠建了一個(gè)工藝管車間，所以現(xiàn)在中國(guó)可生產(chǎn)工藝管的企業(yè)有2個(gè)。

在中溫水中，鋁主要發(fā)生均勻腐蝕。因此，水中的離子對(duì)其腐蝕的影響不像低溫時(shí)那樣顯著與敏感，而合金成分、晶粒大小與組織狀態(tài)卻起著較大的作用。在6xxx系合金中，最好不存在過(guò)剩的Si相。向合金中同時(shí)加入Fe及Ni(0.3%~0.4%)，并使其質(zhì)量比為1，以形成氫超電壓較低的Al9FeNi相，可提高合金的抗腐蝕性。因?yàn)橛蠥l9FeNi相存在時(shí)，氫可以從其質(zhì)點(diǎn)處逸出，鋁基地不會(huì)產(chǎn)生陰極反應(yīng)。

在高于130℃的動(dòng)水中，陽(yáng)極化膜易剝落，不耐腐蝕，但預(yù)生氧化膜(材料使用前，將其置于一定溫度的高純靜水中一定的時(shí)間所形成氧化膜)可提高合金的抗中、高溫動(dòng)水腐蝕的能力。

對(duì)堆用鋁材危害最大的是晶間腐蝕，是由晶界區(qū)和晶?；w之間的電位差引起的。因此，凡能降低這種電位差的措施都能提高合金抗晶間腐蝕的能力。

防止鋁材晶間腐蝕極有效的措施是向鋁中添加一定量的Fe與Ni，使之形成氫超電壓較低的陰極相Al3Fe、Al3Ni與Al9FeNi等。這就是中、高溫堆用鋁材大都含有一定量的Ni與Fe的緣故。向Al-Mg-Si合金添加一定量的Cu也能提高合金抗晶間腐蝕的能力。

合金的晶粒越細(xì)，抗晶間腐蝕的能力也相應(yīng)地提高一些，熱處理?xiàng)l件也對(duì)合金晶間腐蝕有明顯影響。高溫退火往往使呈陰極的第二相沿晶界沉淀與使晶粒長(zhǎng)大，增加合金的晶間腐蝕敏感性。

大家知道，金屬材料的晶粒越細(xì)，組織越均勻，抗蝕性也越高，所以往往向鋁合金中添加微量的晶粒細(xì)化元素。但是對(duì)反應(yīng)堆鋁合金來(lái)說(shuō)，應(yīng)考慮數(shù)量元素的熱中子吸收截面，例如天然硼的熱中子吸收截面為755×10-24cm2，而B(niǎo)10的卻高達(dá)3800×10-24cm2，含硼的合金及純硼是很好的屏蔽材料與控制材料，但對(duì)非屏弊材料來(lái)說(shuō)，卻是一個(gè)有害元素，應(yīng)嚴(yán)加控制。美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)及材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)規(guī)定8001合金的B含量不得大于0.001%。