腐蚀产物CrF_3对LiF-NaF-KF熔盐物化性质的影响研究

腐蚀产物CrF_3对LiF-NaF-KF熔盐物化性质的影响研究

2011年中国科学院上海应用物理研究所，承担并启动了中科院战略先导科技专项—钍基熔盐堆核能系统（TMSR），确定FLiNaK [46.5%LiF-11.5%NaF-42%KF (mol%)]为氟化盐固态堆（SFR）的二回路冷却剂。其准确可靠的物性不仅是热工、水力和堆芯设计的参考依据，且关系着整个反应堆的运行安全。

基于此，本文采用实验测量与相图计算相结合的方法，评估了反应堆主要腐蚀产物CrF3对FLiNaK熔盐热物性与堆候选结构材料相容性的影响。本文利用熔盐部特别研制的高温真空烧结炉，制备了溶解有不同质量（1000-6000ppm）CrF3的FLiNaK熔盐。

探讨了反应时间、反应温度与坩埚类型对制备四元熔盐的影响规律。研究确认在静态实验条件下，制备溶解有6000ppm CrF3的FLiNaK最优条件是800℃、50hr。

使用差示扫描量热仪（DSC404F3，NETZSCH）、激光闪光导热仪（LFA1000，LINSEIS）、密度综合分析仪，分别研究了6000ppm CrF3对FLiNaK熔盐熔点、焓变、比热（固态与液态）、热扩散系数（固态与液态）、密度的影响。实验结论是：除了固态热扩散系数外，在实验允许误差范围内，即使FLiNaK熔盐中CrF3的含量达6000ppm，FLiNaK热物性没有发生明显变化。

为了从理论上研究CrF3对FLiNaK熔盐热物性的影响，本文在CALPHAD框架下利用缔合物模型对MF-CrF3（M=Li、Na、K）体系进行优化，结合文献中LiF-NaF、LiF-KF、NaF-KF优化参数，采用Muggianu对称熔体模型直接外推，建立了

LiF-NaF-KF-CrF3四元系熔盐数据库，并推算出CrF3在FLiNaK熔盐中的可能溶解度。考虑到体系中Na3CrF6的生成动力学，本文计算的CrF3在FLiNaK熔盐中

溶解度与ORNL报道值吻合。

本文还通过热力学理论计算、扫描电镜（SEM，LECO1530VP）、上海同步辐射X射线衍射仪（XRD）、拉曼（Raman）、激光闪光导热仪（LFA）等实验手段，研究了FLiNaK、含有4000ppm CrF3的FLiNaK熔盐分别与316LNSS、Hastelloy-N 与石墨的相互作用。发现在700℃、1000hr的静态实验条件下，4000ppm CrF3会加速316LNSS与Hastelloy-N合金的腐蚀，导致其表面元素Cr的失去。

但在实验允许误差范围内，4000ppm CrF3对石墨的影响可以忽略。本论文研究结果，为评估二回路冷却剂FLiNaK与堆候选材料的相容性提供了理论参考。