近日，我院机械制造系孙东科教授团队2021级直博生吴津仪同学在铅快冷反应堆结构材料氧化腐蚀建模与模拟研究方向取得重要进展。研究成果以“A lattice Boltzmann phase-field model for duplex oxide growth and flow-induced corrosion of T91 steel in lead-bismuth eutectic”为题，发表在腐蚀科学领域顶级期刊《Corrosion Science》。该期刊为中科院材料科学一区TOP期刊（JCR Q1），近五年平均影响因子为8.8。
图1. 论文预测的氧化层厚度与实验结果及文献中已有模型的对比
第四代铅快冷反应堆中，结构材料在高温液态铅铋共晶（LBE）环境下的氧化与流动腐蚀问题，直接关系到反应堆的长期安全运行。T91钢因其优异的力学性能和抗辐照能力，成为铅冷快堆关键结构部件的重要候选材料。然而，LBE流动条件下材料的形成的双氧化层及外氧化层的溶解/剥蚀现象，会显著改变材料的腐蚀动力学过程。传统实验方法周期长、成本高，而现有氧化-腐蚀耦合模型在长期预测精度方面存在不足。因此，建立能够准确模拟氧化层生长与流动加速腐蚀的预测模型，对材料服役寿命评估和反应堆运行参数优化具有重要工程价值。我院孙东科教授研究团队与华中科技大学柴振华教授研究团队创新性地提出了基于格子Boltzmann方法的相场模型（LB-PF），通过耦合反应-扩散方程，精确描述了T91钢在流动LBE中的氧化动力学和腐蚀行为。模型成功复现了氧化层的抛物线生长规律，并通过实验数据验证了其可靠性。模拟五年期服役过程表明：温度是氧化层生长的关键控制因素，而溶解氧浓度在~1×10⁻⁶ wt.%时，可在氧化膜保护性和流动稳定性之间达到最佳平衡。该研究为铅冷快堆结构材料的长期腐蚀评估提供了高效、可靠的数值模拟工具，其预测结果可为实验设计和工程应用提供理论指导及软件工具。
该研究工作得到了国家自然科学基金（52301035）、江苏省自然科学基金（BK20230844）、国家重点研发计划（2023YFB3710202）以及江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX24_0368）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113132。
供稿人：吴津仪 孙东科
审核：仲嘉茜 刘晓军
