幾種去污工藝對壓水堆一回路模擬氧化物的溶解及腐蝕研究

劉進(jìn)軍，蘇雪峰

1.中國輻射防護(hù)研究院，山西 太原 030006；2.中國原子能科學(xué)研究院 反應(yīng)堆工程研究設(shè)計(jì)所，北京 102413

核電站的運(yùn)行不可避免的引起一回路冷卻劑系統(tǒng)管道、設(shè)備中放射性的積累，輻射防護(hù)最優(yōu)化的提出，使得人們逐漸重視起核電站在役去污技術(shù)的發(fā)展。在役去污技術(shù)大規(guī)模的研究與開發(fā)始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過十多年的研發(fā)，去污技術(shù)趨于成熟，許多去污工藝已進(jìn)入實(shí)用階段。

目前，一回路在役去污工藝一般以多步化學(xué)清洗為主，去污配方多采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.5%的稀溶液。這些去污工藝對設(shè)備、管道的腐蝕厚度一般都不大于1μm。去污工藝的去污系數(shù)（DF）因被去污對象材料而異，不銹鋼材質(zhì)去污系數(shù)介于5～10之間，鎳基合金介于1～5之間，而因科鎳（Inconel）材料（針對In-600／690合金）去污系數(shù)一般在4～10之間［1］。

本試驗(yàn)選取俄羅斯WWER堆型主泵材料1Cr18Ni9Ti與秦山二期、大亞灣蒸發(fā)器傳熱管材料Inconel 690合金（00Cr30Ni60Fe10），利用高壓釜制備壓水堆一回路模擬氧化物試片（以下簡稱模擬試片）。將所制模擬試片浸入一定濃度的高錳酸鉀溶液中，通過改變?nèi)芤核岫群蛪A度，對其進(jìn)行去污試驗(yàn)研究。采用4種去污工藝去除試片表面模擬氧化物；采用不同配方的去污工藝，進(jìn)行模擬氧化物試片腐蝕試驗(yàn)研究。

1 材料、試劑及儀器

去污實(shí)驗(yàn)所選試片材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti以及Inconel 690合金，其具體化學(xué)成分測定結(jié)果列于表1、2。

表1 1Cr18Ni9Ti不銹鋼的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of 1Cr18Ni9Ti

表2 Inconel 690合金的化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of Inconel 690

重鉻酸鉀為市售優(yōu)級純；標(biāo)準(zhǔn)鐵粉；其它試劑均為市售分析純。

UV-765紫外分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；NONa 400場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM），美國NORAN INSTRUMENTS公司；FA-1104電子天平，感量0.1mg，上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；XSAM800型X射線光電子能譜分析儀（XPS），英國Kratos公司。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 模擬氧化物的制備

試驗(yàn)參照中國核動力研究設(shè)計(jì)院Q45071685-8.G3.016《反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料靜態(tài)高壓釜試驗(yàn)規(guī)范》和JB／T 7901-1995《金屬材料試驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》［1］進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備為FT4-G型鈦制高壓釜，設(shè)計(jì)溫度為350℃，設(shè)計(jì)壓力為15MPa。試驗(yàn)介質(zhì)為模擬壓水堆一回路水化學(xué)工況的介質(zhì)：硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)為800×10-6，鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2×10-6，其中，溶液中硼以硼酸（H3BO3）的形式加入，鋰以氫氧化鋰（LiOH）形式加入。將預(yù)處理完畢的試片放入高壓釜內(nèi)，升溫升壓至320℃。試驗(yàn)時間為1 000h，每隔168h取樣，清洗，干燥24h后稱重。

2.2 模擬氧化物的溶解

PWR一回路管道與設(shè)備表面的氧化物中一部分是鉻氧化物（FeCr2O4、NiCr2O4等），其中Cr為＋3價(jià)，呈難溶性。為了將其去除，需將鉻氧化物中的＋3價(jià)鉻氧化為＋6價(jià)。通常選取酸性或堿性高錳酸鉀作為氧化劑，氧化的過程可用下面方程式表示：

氧化階段剩余的高錳酸鉀，需使用還原性的試劑去除；同時防止去污過程中溶解出的金屬離子（Fe2＋、Fe3＋、Ni2＋、Co2＋等）重新沉積在金屬表面，影響去污效果，因此，需對溶解金屬離子進(jìn)行絡(luò)合。一般選取草酸、檸檬酸等具有還原、絡(luò)合性試劑作為該階段的試劑。該階段過程示于反應(yīng)式（2）與（3）。

還原剩余的高錳酸鉀：

絡(luò)合劑對金屬離子絡(luò)合：

因此，模擬氧化物溶解實(shí)驗(yàn)主要分為氧化與還原兩個階段。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)過程參數(shù)

2.2.1.1 氧化階段

（1）酸性高錳酸鉀氧化（NP）：溶液為1g／L KMnO4；HNO3質(zhì)量濃度分別為1、0.5、0.25g／L，反應(yīng)溫度為80℃和90℃，實(shí)驗(yàn)時間為48h。

（2）堿性高錳酸鉀氧化（AP）：溶液為1g／L KMnO4；NaOH質(zhì)量濃度分別為5、10、20g／L，反應(yīng)溫度為80℃和90℃，實(shí)驗(yàn)時間為48h。

2.2.1.2 去污過程腐蝕試驗(yàn)

1）AP／NP-POD［2］

本實(shí)驗(yàn)過程依據(jù)實(shí)際去污工藝分為氧化、清洗、還原三個階段：

（1）氧化階段：酸性（或堿性）高錳酸鉀氧化，KMnO4（1g／L）＋HNO3（0.25g／L）或NaOH（1g／L），反應(yīng)時間24h；反應(yīng)溫度為（90±2）℃；

（2）清洗階段：草酸（1.5g／L）＋硝酸（1.5g／L），反應(yīng)時間0.5～1h，溫度（90±2）℃；

（3）還原階段：草酸（0.25g／L）＋檸檬酸（0.5g／L），工藝反應(yīng)時間5～7h，反應(yīng)溫度為（90±2）℃。

2）AP／NP-CITROX［2］

本實(shí)驗(yàn)過程依據(jù)實(shí)際工藝分為氧化、還原兩個階段：

（1）氧化階段：酸性（或堿性）高錳酸鉀氧化KMnO4（1.5g／L）＋NaOH（1.5g／L）或KMnO4（1.5g／L）＋硝酸（1.5g／L），反應(yīng)時間11h，溫度（85±2）℃；

（2）還原階段：草酸（1.5g／L）＋檸檬酸（1.5g／L），反應(yīng)時間6～15h，溫度（85±2）℃。

2.2.2 測量分析方法

2.2.2.1 氧化階段溶液中Cr6＋的濃度測定 依照GB 7467—1987，在酸性溶液中，Cr6＋與二苯碳酰二肼反應(yīng)生成紫紅色化合物，于波長540nm處分光光度法測定其吸光度［3］，通過與標(biāo)準(zhǔn)曲線的對比即可推出溶液中Cr6＋的濃度。

2.2.2.2 試片在不同配方去污工藝中的腐蝕 將模擬氧化物試片浸入去污液中，通過失重法測定其在去污過程中質(zhì)量的變化，以確定上述去污工藝對不同金屬材質(zhì)的腐蝕情況。通過掃描電子顯微鏡對去污后的試片進(jìn)行微觀檢查，以確定去污工藝是否對結(jié)構(gòu)材料造成破壞。

3 模擬氧化物試片的制備

3.1 1Cr18Ni9Ti試片

圖1為1Cr18Ni9Ti不銹鋼腐蝕前后樣品對比照片。其中，圖1（a）試片為未經(jīng)腐蝕前的形態(tài)，圖1（b）試片為腐蝕后的試片。由圖1可知，腐蝕后試樣表面已經(jīng)生成了暗黃色的物質(zhì)。

圖1 1Cr18Ni9Ti不銹鋼試片腐蝕前（a）、后（b）樣品對比照片F(xiàn)ig.1 Comparison of pre-（a）and post-corrosion（b）of 1Cr18Ni9Ti test pieces

圖2為1Cr18Ni9Ti不銹鋼試片在模擬壓水堆一回路水化學(xué)工況的介質(zhì)中腐蝕1 000h后放大了1 000倍、3 000倍、5 000倍和10 000倍的表面形貌圖。由圖2可知，腐蝕后樣品的表面生成了一層氧化膜，其氧化膜主要由不同尺寸的顆粒狀的腐蝕產(chǎn)物組成，且氧化膜上沒有出現(xiàn)空洞和裂紋，說明氧化膜完整、致密。

圖3為1Cr18Ni9Ti樣品試片在模擬壓水堆一回路水化學(xué)工況的介質(zhì)中腐蝕1 000h后放大10 000倍的橫截面形貌圖。由圖3可知，氧化膜外表面、氧化膜與基體交界面均沒有平整的界面，故不能精確的測出氧化膜厚度，由圖3橫截面形貌圖和圖上的標(biāo)尺，估算得到氧化膜的平均厚度約為0.7μm。

為獲得腐蝕1 000h后1Cr18Ni9Ti不銹鋼氧化膜的成分，利用XPS分析了腐蝕后樣品氧化膜中元素價(jià)態(tài)及存在形式。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，氧化膜中有明顯的Cr2p、Fe2p、Ni2p和O1s峰，表明氧化膜內(nèi)外層主要由Cr、Fe、Ni和O組成，且主要組成元素以氧化態(tài)形式存在。

圖2 腐蝕后的1Cr18Ni9Ti不銹鋼試片不同放大倍數(shù)的表面形貌圖Fig.2 SEM image of the corroded 1Cr18Ni9Ti film

圖3 腐蝕1 000h后1Cr18Ni9Ti不銹鋼的橫截面圖Fig.3 Cross section image of 1Cr18Ni9Ti after 1 000hcorrosion

為了深入分析氧化膜中主要組成元素的價(jià)態(tài)及存在形式，分別對刻蝕前后的氧化膜中的O、Cr、Fe、Ni等元素進(jìn)行了單個分析。由分析可知，氧化膜中的O元素刻蝕前后的O1s結(jié)合能分別為529.94、529.96eV，均對應(yīng)于M-O金屬氧化物。Cr元素刻蝕前Cr2p3／2的峰對應(yīng)的結(jié)合能為576.28eV，對應(yīng)Cr2O3；刻蝕后Cr2p3／2的峰對應(yīng)的結(jié)合能分別為572.9、576.20eV，分別對應(yīng)金屬Cr、Cr2O3。Ni元素刻蝕前后的Ni2p3／2峰對應(yīng)的結(jié)合能分別為855.27、854.94eV，均 對 應(yīng)NiO。Fe元素刻蝕前后的Fe2p3／2峰對應(yīng)的結(jié)合能分別為710.6、710.09eV，分別對應(yīng)Fe2O3（或Fe3O4）、FeO。Ti元素刻蝕前氧化膜中沒有出現(xiàn)明顯的Ti2p峰，刻蝕后Ti元素的Ti2p3／2峰對應(yīng)的結(jié)合能為458.20eV，對應(yīng)TiO2。表3為1Cr18Ni9Ti不銹鋼腐蝕后氧化膜組成總表，由表3可知，氧化膜主要由氧化物組成。

表3 腐蝕后1Cr18Ni9Ti不銹鋼氧化膜組成Table 3 Oxide film composition of 1Cr18Ni9Ti after corrosion

3.2 Inconel 690試片

圖4 Inconel 690試片腐蝕前（a）、后（b）樣品對比照片F(xiàn)ig.4 Comparison of pre-（a）and post-corrosion（b）of Inconel 690test pieces

圖4為Inconel 690合金腐蝕1 000h后的宏觀照片。其中，圖4（a）試片為未經(jīng)腐蝕前的形態(tài)，圖4（b）試片為腐蝕后的試片。由圖4可知，腐蝕后試樣表面已經(jīng)生成了較均勻的暗灰色的物質(zhì)。

圖5為Inconel 690合金樣品在模擬壓水堆一回路水化學(xué)工況的介質(zhì)中腐蝕1 000h后放大了1 000倍、3 000倍、5 000倍和10 000倍的表面形貌圖。由圖5可知，腐蝕后樣品表面生成了一層呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的完整、致密的氧化膜，氧化膜還均勻分布有尺寸相同的顆粒狀的腐蝕產(chǎn)物。

圖6為Inconel 690合金樣品在模擬壓水堆一回路水化學(xué)工況的介質(zhì)中腐蝕1 000h后放大10 000倍的橫截面形貌圖。由圖6可知，氧化膜外層界面較完整，氧化膜與基體結(jié)合緊密，沒有明顯的分界線。通過圖6氧化膜的形貌和圖片中的標(biāo)尺，估算得到氧化膜的平均厚度約為0.6μm。

圖5 腐蝕后的Inconel 690合金不同放大倍數(shù)的表面形貌圖Fig.5 SEM image of the corroded Inconel 690film

圖6 腐蝕1 000h后Inconel 690合金截面圖Fig.6 Cross section image of Inconel 690 after 1 000hcorrosion

為獲得腐蝕1 000h后Inconel 690合金氧化膜的成分、含量及結(jié)構(gòu)，利用XPS分析了腐蝕后Inconel 690合金樣品氧化膜中元素價(jià)態(tài)及存在形式。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，氧化膜中有明顯的Cr2p、Fe2p、Ni2p和O1s峰，表明氧化膜外層和內(nèi)層均主要由Cr、Fe、Ni和O組成，且主要組成元素以氧化態(tài)形式存在。

為了深入分析氧化膜中主要組成元素的價(jià)態(tài)及存在形式，分別對刻蝕前后的氧化膜中的O、Cr、Fe、Ni等元素進(jìn)行了單個分析。可知，氧化膜中的O元素刻蝕前后的O1s結(jié)合能分別為530.44、530.16eV，均對應(yīng)于M-O金屬氧化物。Cr元素刻蝕前Cr2p3／2的峰對應(yīng)的結(jié)合能為576.36eV，對應(yīng)Cr2O3，刻蝕后Cr2p3／2的峰對應(yīng)的結(jié)合能分別為572.8、576.39eV，分別對應(yīng)金屬Cr、Cr2O3。Ni元素刻蝕前的Ni2p3／2峰對應(yīng)的結(jié)合能分別為855.36eV，對應(yīng)NiO；Ni元素刻蝕后 的Ni2p3／2峰對應(yīng)的結(jié)合能分別 為853.04、855.87eV，分別對應(yīng)Ni和Ni2O3。Fe元素刻蝕前后 的Fe2p3／2峰對應(yīng)的結(jié)合能分別為709.26、710.98eV，分別對FeO、Fe2O3（或Fe3O4）。表4列出了Inconel 690合金腐蝕后氧化膜組成總表。

表4 Inconel 690合金腐蝕后氧化膜組成Table 4 Oxide film composition of Inconel 690after corrosion

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 模擬氧化物在NP和AP溶液中的溶解

4.1.1 模擬氧化物試片在不同酸度高錳酸鉀溶液中的溶解 不溶性3價(jià)Cr通過NP氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄?價(jià)Cr的過程為［4］：

（1）Inconel 690合金模擬氧化物試片

圖7給出Inconel 690合金模擬氧化物試片浸泡在溫度為90、80℃、不同酸度KMnO4溶液中，Cr6＋濃度隨時間的變化。

由圖7可以看出，Inconel 690合金模擬試片在KMnO4溶液濃度、溫度一定時，隨著溶液內(nèi)酸度增加時，Cr6＋濃度也隨之增加；KMnO4溶液濃度、酸度一定時，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，有助于不溶性3價(jià)Cr向可溶性6價(jià)Cr的轉(zhuǎn)化。

在反應(yīng)開始的10h內(nèi)，Cr6＋生成速度較快，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)速率隨之下降。在反應(yīng)24h后，Cr6＋生成速率趨于平緩，到達(dá)終點(diǎn)時Cr6＋與24h時的Cr6＋濃度相差不大，說明反應(yīng)基本終止。

綜合比較來看，1g／L HNO3和1g／L KMnO4配制的NP溶液，在反應(yīng)溫度為90℃時，Cr6＋轉(zhuǎn)化數(shù)量及轉(zhuǎn)化率較高。

（2）1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片

圖8中（a）、（b）分別給出1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片在溫度為90℃與80℃不同酸度的KMnO4溶液中，Cr6＋濃度隨時間的變化。

圖7 Inconel 690合金試片在不同酸度的高錳酸鉀中Cr6＋濃度隨時間的變化Fig.7 ρ（Cr6＋）changes of Inconel 690in potassium permanganate with time at different acidity

圖8 1Cr18Ni9Ti試片在不同酸度的高錳酸鉀中Cr6＋濃度隨時間的變化Fig.8 ρ（Cr6＋）changes of 1Cr18Ni9Ti in potassium permanganate with time at different acidity

由圖8可以看出，1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片在反應(yīng)溫度為90℃和80℃時，溶液中Cr6＋濃度的變化規(guī)律與Inconel 690十分相似：在KMnO4濃度一定時，酸度增加，Cr6＋濃度隨之增加；溶液中Cr6＋濃度隨反應(yīng)時間的增加而升高；適當(dāng)提高反應(yīng)溫度有利于Cr6＋的生成。

綜合比較來看，1g／L HNO3和1g／L KMnO4配制的NP溶液，在反應(yīng)溫度為90℃時，Cr6＋轉(zhuǎn)化數(shù)量及轉(zhuǎn)化率最高。

4.1.2 模擬氧化物在不同堿度KMnO4溶液中溶解 不溶性3價(jià)Cr通過堿性高錳酸鉀氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄?價(jià)Cr的過程為［4］：

1）1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片

將1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片放入不同堿度KMnO4溶液中進(jìn)行溶解試驗(yàn)，測定溶液中Cr6＋濃度隨時間的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖9。

由圖9可知，1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片在不同堿度溶液中進(jìn)行反應(yīng)，其溶液中Cr6＋濃度的變化規(guī)律與1Cr18Ni9Ti在酸性KMnO4溶液中相似。Cr6＋濃度隨堿度的增加而升高，在相同的反應(yīng)時間下，堿度增加，Cr6＋濃度也隨之增加，溶液堿度與Cr6＋濃度成正相關(guān)；同時，反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快。

同時，Cr6＋濃度也隨反應(yīng)時間的增加而升高。反應(yīng)1～11hCr6＋濃度升高趨勢明顯，在反應(yīng)12h后Cr6＋濃度增加趨勢已漸緩，反應(yīng)終點(diǎn)時，溶液中Cr6＋濃度到達(dá)最高。

2）Inconel 690合金模擬試片

將Inconel 690合金模擬試片放入不同堿度KMnO4溶液中進(jìn)行溶解試驗(yàn)，測定溶液中的Cr6＋濃度隨時間的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖10。

Inconel 690合金模擬試片在不同堿度溶液中進(jìn)行溶解，溶液中Cr6＋濃度隨堿度的增加而升高；相同時間下堿度增加，Cr6＋濃度也隨之增加，Cr6＋濃度與溶液堿度成正相關(guān)。Cr6＋濃度隨反應(yīng)時間的增加而升高，反應(yīng)終點(diǎn)時，Cr6＋濃度到達(dá)最高。

圖9 1Cr18Ni9Ti在不同堿度的KMnO4溶液中Cr6＋濃度隨時間的變化Fig.9 ρ（Cr6＋）changes of 1Cr18Ni9Ti in potassium permanganate with time at different basicity

圖10 Inconel 690合金在不同堿度的KMnO4溶液中Cr6＋濃度隨時間的變化Fig.10 ρ（Cr6＋）change of Inconel 690in potassium permanganate with time at different basicity

綜合圖9和圖10可以看出，Cr6＋濃度隨堿度的增加而升高，并隨反應(yīng)時間的增加而升高。

與NP氧化相比較，AP氧化無論從Cr6＋的生成速率和最終溶液中Cr6＋濃度來看都不及NP氧化效果。原因分析如下。

（1）對于同一種模擬試片，NP氧化對氧化物中難溶的3價(jià)Cr轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄?價(jià)Cr的能力明顯地優(yōu)于AP氧化。在不同濃度的NP溶液中，隨著堿酸度的增加，溶液中Cr6＋濃度隨之增加，且增加的趨勢較為明顯；但在不同濃度的AP溶液中，堿酸度的增加不能顯著的提高溶液中Cr6＋濃度，究其原因，這是由于溶液pH值不同，KMnO4的氧化能力有所差異［5］：

在酸性溶液中，φA＝＋1.51V（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）

在堿性、中性溶液中，φB＝＋0.59V

可見，由于高錳酸鉀在酸性溶液的電極電勢高于其在堿性溶液中的電極電勢，因此NP的氧化能力足以使難溶的3價(jià)Cr轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇艿?價(jià)Cr；而AP的氧化能力較弱，不能使眾多3價(jià)Cr“活化”，使得溶液中Cr6＋濃度較低［6］。

（2）在相同堿度或酸度的溶液中，對于Inconel 690材質(zhì)的模擬試片，Cr6＋溶解能力超過1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片。這可能是由于Inconel合金模擬試片表面氧化物中存在的Ti或Ni含量稍高這一化學(xué)成分的微小差異所引起的［7-8］。

（3）經(jīng)KMnO4還原生成的MnO2也是一個影響反應(yīng)的因素。MnO2是一種膠體物質(zhì)，其電位較低，為2.0～2.3V。在AP溶液中，Inconel合金、1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片表面的氧化物與MnO2帶有很強(qiáng)的負(fù)電荷，兩者之間發(fā)生排斥；而在酸性溶液中反應(yīng)產(chǎn)物僅帶有微弱的電荷，它帶有中性甚至是正電荷，在這樣的條件下MnO2易于形成絮狀沉淀，有助于反應(yīng)的進(jìn)行［9］。

4.2 氧化膜試片在不同去污工藝中的腐蝕

4.2.1 兩種材料在不同去污工藝中的腐蝕 將1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片與Inconel合金模擬試片分別放入4種去污工藝溶液中，經(jīng)過完整流程的浸泡反應(yīng)，試片在去污前后的質(zhì)量損失測試結(jié)果由圖11給出。由圖11可以看出，Inconel 690合金模擬試片在4種去污工藝過程中，單位面積失重都大于1Cr18Ni9Ti不銹鋼模擬試片。這可能與1Cr18Ni9Ti不銹鋼本身的成分中含有抗腐蝕性能的Ti元素有一定關(guān)系。在不同的去污工藝過程中，NP-POD工藝對模擬試片的腐蝕最為嚴(yán)重，其次為NP-CITROX、AP-CITROX、AP-POD。由數(shù)據(jù)可知，帶有酸性氧化的去污工藝腐蝕肯定高于堿性氧化，同時草酸的酸性強(qiáng)于檸檬酸，對于金屬材料的腐蝕也更大。

圖11 1Cr18Ni9Ti與Inconel 690試片在不同去污工藝中的質(zhì)量損失Fig.11 Mass loss of 1Cr18Ni9Ti and Inconel 690test pieces after different decontamination processes

4.2.2 模擬試片表面腐蝕檢測 由于化學(xué)去污過程中使用的酸堿對金屬會造成腐蝕，因此通過對去污后的模擬試片進(jìn)行宏觀和微觀的檢測，以確認(rèn)去污過程是否對金屬材質(zhì)結(jié)構(gòu)造成破壞。從去污前后模擬試片的照片可以看出，兩種材質(zhì)的模擬試片在去污前表面有一層暗黃色或灰色的物質(zhì)，去污后試片表面基本恢復(fù)金屬光澤。個別試片在去污后表面略微發(fā)暗，這可能與使用草酸濃度過高或試驗(yàn)溫度控制不當(dāng)有關(guān)。圖12給出了1Cr18Ni9Ti不銹鋼和Inconel 690合金模擬試片經(jīng)4種去污工藝去污后，通過掃描電鏡（SEM）分析、放大500倍的表面形態(tài)。從去污后模擬試片的電鏡圖片可以看出，4種去污工藝所使用的酸、堿試劑未對模擬試片基體造成結(jié)構(gòu)的破壞，只是存在點(diǎn)蝕。原因主要源自金屬材料本身的缺陷，例如，材料自身含有雜質(zhì)（硫化物等）、晶界上雜質(zhì)偏析或沉積質(zhì)點(diǎn)（如鉻的碳化物）、機(jī)械劃痕或裂紋等；由于去污試劑濃度較低，且去污時間較短，外界因素對金屬材料造成點(diǎn)蝕可能性不大。通過SEM對去污后的試片觀察，其試片可能存在晶間腐蝕，原因主要源自金屬材料本身的缺陷，由于金屬材料晶界與晶內(nèi)的物理化學(xué)形態(tài)及化學(xué)成分不同，加之材料加工過程（例如熱處理、加工工藝）以及環(huán)境的影響，導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)不均勻，金屬強(qiáng)度完全喪失，使晶粒間失去結(jié)合力，形成晶間腐蝕。

圖12 經(jīng)不同去污工藝后的Inconel 690和1Cr18Ni9Ti試片在SEM下的表面形態(tài)Fig.12 SEM images of Inconel 690and 1Cr18Ni9Ti test pieces after different decontamination processes

4.3 小結(jié)

對于壓水堆模擬氧化物，首選酸性氧化進(jìn)行處理；在確保去污效果的前提下，優(yōu)先選擇對待去污材料結(jié)構(gòu)影響較小的工藝，CITROX工藝優(yōu)于其它三種工藝。綜上所述，NP-CITROX是一種較為理想的去污工藝。

5 結(jié) 論

通過以上實(shí)驗(yàn)，得出以下初步結(jié)論：

（1）通過測定不同酸度和堿度的高錳酸鉀溶液中Cr6＋的濃度，可以發(fā)現(xiàn)1Cr18Ni9Ti不銹鋼和Inconel 690合金模擬氧化物試片在酸性高錳酸鉀溶液中的預(yù)氧化處理效果好于堿性高錳酸鉀溶液；

（2）通過宏觀目測及掃描電子顯微鏡的微觀檢查，未發(fā)現(xiàn)去污過程對金屬材質(zhì)造成結(jié)構(gòu)性的損害；

（3）根據(jù)對模擬氧化物溶解速率以及被去污件的腐蝕程度相比較，NP-CITROX去污工藝優(yōu)于本實(shí)驗(yàn)中其它去污工藝，因此，NP-CITROX是一種比較理想的去污工藝。

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