在碳中和的大背景下實現經(jīng)濟持續發(fā)展，離不開(kāi)各種(zhǒng)先進(jìn)的清潔能(néng)源技術，H能(néng)在其中將(jiāng)發(fā)揮重要作用。H能(néng)的高安全是社會穩定和能(néng)源持續發(fā)展的重要基石，尤其在日本福島H電站事(shì)故發(fā)生後(hòu)，事(shì)故容錯型燃料（ATF，Accident Tolerant Fuel）已經(jīng)成(chéng)爲國(guó)際H能(néng)研發(fā)機構和工業界普遍緻力的研發(fā)方向(xiàng)。主流事(shì)故容錯型包殼管技術主要包括全替換型包殼管結構材料（如SiC、FeCrAl）和表面(miàn)增強型锆合金材料（如Cr或其它合金塗層材料）。從實際應用角度來看，事(shì)故容錯型包殼管受到多種(zhǒng)苛刻環境因子的作用，因此對(duì)結構材料和塗層材料在正常服役工況（主要爲超臨界熱水腐蝕和輻照損傷）和事(shì)故環境下（主要爲高溫水蒸氣氧化）的結構穩定研究是目前關注的重點。

　　近期，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所先進(jìn)能(néng)源材料工程實驗室就上述主題開(kāi)展了系列工作，深入研究包殼管材料在超臨界水腐蝕、高溫水蒸氣氧化、高溫熔鹽、離子輻照等環境因素作用下的結構演變過(guò)程和失效機理，獲得提高事(shì)故容錯時效性的關鍵因素。并在此基礎上，設計出若幹種(zhǒng)新型高效包殼管環境屏蔽塗層，大幅度提高了包殼管材料的事(shì)故容錯時效性和綜合防護能(néng)力，爲事(shì)故容錯包殼管的發(fā)展和應用提供設計思路和基礎。①梯度塗層：通過(guò)構建Cr（Al,Si）塗層的成(chéng)分梯度，從控制元素擴散角度入手形成(chéng)薄氧化物/厚金屬雙層結構，降低生長(cháng)應力，解決了氧化物隔離層易開(kāi)裂、防護時間短等問題（Corrosion Science 189 （2021） 109608，Corrosion Science 185 （2021） 109421，Corrosion Science 171 （2020） 108603，Surface & Coatings Technology 374 （2019） 393–401，Surface & Coatings Technology 350 （2018） 841–847）。②高熵塗層：一種(zhǒng)新型的非晶高熵FeCrAl基塗層，通過(guò)在高溫水蒸氣氧化中原位形成(chéng)一層連續且緻密的Zr/Si擴散阻擋層，有效地抑制了基體Zr元素的外擴散，從而解決了Zr合金材料親氧性強的問題（Corrosion Science 189 （2021） 109566）。③熔鹽腐蝕：在SiC基體上沉積Cr基塗層，通過(guò)元素擴散形成(chéng)晶界強化和氧化物隔離兩(liǎng)種(zhǒng)耐蝕機制，能(néng)有效解決SiC在高溫熔鹽中的晶界腐蝕問題（Corrosion Science 184 （2021） 109361）。

　　以上工作受到實驗室“青年人才托舉計劃”的資助，已申請9項中國(guó)發(fā)明專利（ZL201811268095.X、ZL201811268906.6、201910905033.3、201910905746.X、201911120712.6、201911397370.2、202010947693.0、202011623564.2、202011618645.3）。

圖1 梯度塗層經(jīng)高溫水蒸氣氧化後(hòu)的表/截面(miàn)結構（左）和應力場分布圖（右）

圖2 FeCrAl基多元非晶合金塗層/锆合金經(jīng)1200℃水蒸氣氧化後(hòu)的截面(miàn)形貌圖

圖3 高溫熔鹽腐蝕後(hòu)的塗層/SiC截面(miàn)結構成(chéng)分圖，通過(guò)晶界強化和氧化物隔離有效地抑制了SiC的熔鹽腐蝕

　　（先進(jìn)能(néng)源材料工程實驗室供稿）