2022-KJ(Z)-1-005高放废物地质处置容器候选材料耐蚀性能评价与选择

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2022-KJ(Z)-1-005高放废物地质处置容器候选材料耐蚀性能评价与选择

日期：2023年01月15日来源：中国腐蚀与防护学会分享：

获奖项目编号：	2022-KJ(Z)-1-005
获奖项目名称：	高放废物地质处置容器候选材料耐蚀性能评价与选择
第一完成单位：	中国科学院金属研究所
项目联系人：	董俊华
联系人电话：	13842056525
联系人邮箱：	jhdong@imr.ac.cn
项目简介：
近年来，研究团队致力于高放废物地质处置容器耐蚀材料设计、腐蚀性能评价与材料选择工作，先后承担并完成了国防科工局和国家自然科学基金委下达的多项科研任务。本项目针对高放废物地质处置容器候选材料低碳钢、耐蚀低合金钢、铜和纯钛在模拟深地质处置环境中的腐蚀行为展开了大量研究并取得了一系列研究进展。根据不同候选材料的腐蚀特征，提出了相应材料的腐蚀试验方法及电化学测试技术。通过项目研究，揭示了低碳钢和低合金钢在模拟深地质处置环境中腐蚀模式的热力学与动力学机制，构建了Fe-H2O-CO2体系的Pourbaix图，分析了残氧量对低碳钢材料长期在处置环境中腐蚀模式的影响机制。在处置容器材料选择与腐蚀评价研究中，认为低碳钢腐蚀速率较快，难以满足处置容器的服役寿命需求。通过合金化处理，研发了一种NiCu低合金钢，其耐腐蚀性能明显优于传统低碳钢，基本能满足处置容器的设计寿命要求。同时，提出了Ni、Cu合金元素对提高低合金钢在模拟北山地下水环境中耐蚀性能的作用机制。同时，根据我国地质处置预选区甘肃北山的地下水环境特征，系统研究了地下水化学组成（HCO3-、Cl-、SO42-）对处置容器候选材料低碳钢、耐蚀低合金钢、铜和工业纯钛在模拟地下水溶液及地下水/膨润土环境体系中腐蚀行为和演化规律的影响。与核工业北京地质研究院合作，国内首次在大型缓冲材料试验台架（China-Mock-up）中实现了处置容器候选材料长期腐蚀的电化学原位监测，提出了高阻体系下金属腐蚀的电化学阻抗谱等效电路模型。目前，正积极探索缓冲材料膨润土与腐蚀产物之间的交互作用及其对缓冲性能和腐蚀行为的影响。这项工作的研究结果为我国高放废物地质处置容器材料选择及工程屏障系统的安全评价提供了直接的材料评估方法与基础理论数据，在指导我国北山高放废物地质处置地下实验室的设计与建设中起到了关键性的作用，对促进我国高放废物地质处置工程发展具有重要的科学意义和工程应用价值。