氟化物熔盐具有低熔点、高沸点、高热容、低蒸气压、高热导率、低粘度以及良好的化学稳定性等一系列优点，其作为一种新型的传热或蓄热介质可用作反应堆冷却剂，以及可用在高温制氢、太阳能传蓄热和燃料电池等能源领域。然而，高温氟盐具有腐蚀性，与氟盐接触的材料的腐蚀限制了氟盐的广泛应用。
镍是元素周期表中28号元素，具有面心立方结构（fcc），从室温到高温没有同素异构转变，是一种非常良好的基体金属。同时，由于Ni原子的第三电子壳层基本上被填满，它可以溶解比较多的改性元素进行合金化，而仍然保持γ奥氏体相的稳定性。在不同的高温环境中，Ni 基高温合金应用最为广泛。
镍基合金是以金属镍为基体，根据不同的应用加入相应的合金元素以改善合金的各项性能。基于镍基合金较好的力学性能和加工性能，以及优异的耐熔盐腐蚀性，镍基合金被广泛的用于各种高温熔盐环境，镍基高温合金已经被作为熔盐反应堆的主要的候选结构材料。
近年来，随着对熔盐堆的研究不断升温，以及氟化盐在能源领域的潜在的应用价值，世界许多研究机构也对高温镍基合金在熔盐环境进行了大量的腐蚀研究，通过调研，把近年来几乎所有镍基高温合金熔盐腐蚀实验总结，见表1-2。从以下几方面归纳总结镍基合金在熔盐环境中腐蚀规律特点：金属元素的腐蚀顺序、杂质对腐蚀的影响、时间和温度对腐蚀的影响、合金中Cr含量对腐蚀的影响以及Cr在熔盐中的腐蚀产物等。
（1）不同金属元素的腐蚀顺序
在高温熔盐环境中，活泼元素容易被选择性优先腐蚀。美国国家航空与宇宙航天局（NASA）的研表明，在高温氟化盐中，一些常见的金属元素的被腐蚀的难易程度按以下顺序由易到难：Al<Cr<Fe<Co<Ni。基于以上分析，高Mo的镍基高温合金，如Hastelloy B等，具有相对比较好的耐熔盐腐蚀性能。通过热力学软件HSC chemistry 6.0计算可得不同金属形成相应氟化物的吉布斯自由能的变化，如图1-4所示。
由图可知，NASA给出的元素在熔盐中的腐蚀难易顺序与金属氟化物的吉布斯形成能一致。Ni基高温合金中，为提高合金的抗高温氧化性能，通常加入一定量的金属元素Cr，以便在合金表面形成防护性能好的 Cr2O3为主的氧化膜，提高镍基高温合金的抗高温氧化性能，镍基高温合金实际上是以Ni-Cr二元系为基的合金。然而，Cr的氧化膜在高温熔盐中不稳定，容易与熔盐发生反应而被腐蚀溶解，从而起不到保护合金的作用。根据金属元素的腐蚀顺序可知，镍基高温合金在熔盐环境中存在着Cr的选择性腐蚀现象。
（2）水杂质对腐蚀的影响
由于氟化盐中有些组分具有极强的吸水性，如KF等，通过烘干等方法很难完全去除熔盐中的水杂质。熔盐中的水分，在高温情况下熔盐形成HF，HF是强酸能够引起几乎所有金属材料的腐蚀。Ouyang等人在不同水含量FLiNaK盐中对Hastelloy N和Hastelloy B3两种镍基高温合金进行腐蚀实验，结果如图1-5所示。如图所示，合金在含有3.19 wt.%水分的盐中的腐蚀失重约为在 1.91 wt.%水分的盐中的腐蚀失重的三倍。相比于含有分水的FLiNaK盐，样品在纯净的FLiNaK盐中的腐蚀失重要小得多。综上所述，熔盐中的水杂质能够加速镍基合金的腐蚀。为减少材料的腐蚀，在腐蚀实验或者熔盐的应用过程中，应严格控制熔盐中的水杂质的含量。
（3）时间、温度对腐蚀的影响
镍基高温合金作为熔盐堆候选结构材料，需要在不同温度下长时间运行。研究镍基合金在不同温度熔盐中腐蚀不同时间的规律特点是很有必要的。Ouyang等人研究了Hastelloy N和Hastelloy B3两种镍基高温合金在不同温度的FLiNaK盐中腐蚀不同时间的规律特点。结果表明，随着温度的升高，合金的腐蚀加剧；在相同的腐蚀温度下，随着合金在熔盐中腐蚀时间的延长，合金腐蚀加剧，腐蚀失重增加（图 1-6）。Ouyang 通过腐蚀失重计算得出样品的腐蚀速率，见图1-6（b）。结果表明，样品在前100小时腐蚀速率较大，随着腐蚀时间的延长，样品腐蚀速率逐渐降低。
ORNL对主要候选镍基合金做过大量长时间的腐蚀实验，总结发现相同的腐蚀规律（图 1-7（a））。如图所示，合金前期腐蚀速率较快，随着腐蚀时间的延长，后期腐蚀速率逐渐减缓。合金在熔盐前期腐蚀主要是杂质引起的，随着腐蚀时间的延长，熔盐中杂质的耗尽，腐蚀速率逐渐变慢，后期主要受合金中元素的扩散速率控制。因此，可以通过扩散系数来预测样品在熔盐中长时间腐蚀深度。DeVan等人通过元素示踪法测试了Hastelloy N 合金中Cr的扩散系数，应用菲克第二定律，可以简单的预测Hastelloy N合金在熔盐环境中服役30年后的元素分布，如图 1-7（b）。尽管知道合金腐蚀受热扩散机制控制，但合金在熔盐中的腐蚀受界面接触状态、合金缺陷、腐蚀反应等影响，合金中元素的扩散行为不能简单的应用菲克定律进行预测。镍基合金在熔盐环境中Cr的扩散规律对于预测合金的腐蚀具有重要的意义，但关于这方面的研究并不充分，亟待进行深入研究。
（4）合金中Cr含量对腐蚀的影响
镍基高温合金在熔盐中的腐蚀主要是Cr的选择性腐蚀，镍基合金在熔盐中的腐蚀行为特点受其Cr含量影响较大。Olson等人在 850℃的FLinaK盐中对Hastelloy-X、Hastelloy-N、Ni-201、Incoloy-800H、Haynes-230和Inconel-617六种镍基合金进行500小时的腐蚀实验，结果显示合金的腐蚀随着合金中Cr含量的增加，腐蚀加剧，腐蚀失重几乎与合金中Cr含量成线性关系（图 1-8（a））。Ouyang等人对Hastelloy-B3、Hastelloy-N、Haynes-242、Haynes-263和TZM几种合金进行高温熔盐腐蚀，发现在含有少量水杂质的熔盐中腐蚀后，合金的腐蚀失重随着合金中Cr含量的增加而增加，腐蚀失重与样品中（Cr+1/3Mo wt.%）成线性关系（图1-8 (b)）。Sona等人和Min Liu等人通过不同镍基合金的腐蚀实验，也发现随着合金Cr含量的增加，合金腐蚀加剧。
探究不同Cr含量的镍基合金的腐蚀特点对研究，对熔盐堆结构材料的选择及研发有重要的意义。但关于不同Cr含量的镍基合金在熔盐中的腐蚀规律，数据比较少而且不够系统，还有必要进行深入研究。
（5）Cr 在熔盐中的腐蚀产物
镍基合金在熔盐中的腐蚀主要是Cr的选择性腐蚀，研究Cr在熔盐中的腐蚀产物，有助于预测Cr的腐蚀反应，加深对Cr在熔盐中的腐蚀机理的理解。在橡树岭的核动力飞行器项目中，做了大量关于Cr在燃料盐中的腐蚀产物的研究，发现在FLiNaK燃料盐中，Cr主要是以Cr(III)的形式存在，而在NaF-ZrF4盐和FLiBe盐中，Cr主要的存在价态为二价。Koger等人对Hastelloy-N合金研究发现，金属Cr在NaBF4-NaF（92-8 molewt.%）盐中的主要腐蚀产物为Na3CrF6。
Brinnt等人研究发现，一些常见的不锈钢、Inconel合金等在NaF-KF-LiF-UF4盐中存在着Cr的腐蚀，在熔盐中形成了一些绿色的结晶物质，通过与自己配置的标样比对，发现Cr在NaF-KF-LiF-UF4盐主要形成了K2NaCrF6。对Cr在熔盐中的腐蚀产物的研究比较集中的是在上世纪的橡树岭国家实验室，自从橡树岭国家实验室的熔盐堆项目上个世界70年代停止后，对Cr在熔盐中的腐蚀产物的研究基本停止，关于这方面的研究并不充分，还有必要继续深入研究。
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镍是元素周期表中28号元素，具有面心立方结构（fcc），从室温到高温没有同素异构转变，是一种非常良好的基体金属。同时，由于Ni原子的第三电子壳层基本上被填满，它可以溶解比较多的改性元素进行合金化，而仍然保持γ奥氏体相的稳定性。在不同的高温环境中，Ni 基高温合金应用最为广泛。
镍基合金是以金属镍为基体，根据不同的应用加入相应的合金元素以改善合金的各项性能。基于镍基合金较好的力学性能和加工性能，以及优异的耐熔盐腐蚀性，镍基合金被广泛的用于各种高温熔盐环境，镍基高温合金已经被作为熔盐反应堆的主要的候选结构材料。
近年来，随着对熔盐堆的研究不断升温，以及氟化盐在能源领域的潜在的应用价值，世界许多研究机构也对高温镍基合金在熔盐环境进行了大量的腐蚀研究，通过调研，把近年来几乎所有镍基高温合金熔盐腐蚀实验总结，见表1-2。从以下几方面归纳总结镍基合金在熔盐环境中腐蚀规律特点：金属元素的腐蚀顺序、杂质对腐蚀的影响、时间和温度对腐蚀的影响、合金中Cr含量对腐蚀的影响以及Cr在熔盐中的腐蚀产物等。
（1）不同金属元素的腐蚀顺序
在高温熔盐环境中，活泼元素容易被选择性优先腐蚀。美国国家航空与宇宙航天局（NASA）的研表明，在高温氟化盐中，一些常见的金属元素的被腐蚀的难易程度按以下顺序由易到难：Al<Cr<Fe<Co<Ni。基于以上分析，高Mo的镍基高温合金，如Hastelloy B等，具有相对比较好的耐熔盐腐蚀性能。通过热力学软件HSC chemistry 6.0计算可得不同金属形成相应氟化物的吉布斯自由能的变化，如图1-4所示。
由图可知，NASA给出的元素在熔盐中的腐蚀难易顺序与金属氟化物的吉布斯形成能一致。Ni基高温合金中，为提高合金的抗高温氧化性能，通常加入一定量的金属元素Cr，以便在合金表面形成防护性能好的 Cr2O3为主的氧化膜，提高镍基高温合金的抗高温氧化性能，镍基高温合金实际上是以Ni-Cr二元系为基的合金。然而，Cr的氧化膜在高温熔盐中不稳定，容易与熔盐发生反应而被腐蚀溶解，从而起不到保护合金的作用。根据金属元素的腐蚀顺序可知，镍基高温合金在熔盐环境中存在着Cr的选择性腐蚀现象。
（2）水杂质对腐蚀的影响
由于氟化盐中有些组分具有极强的吸水性，如KF等，通过烘干等方法很难完全去除熔盐中的水杂质。熔盐中的水分，在高温情况下熔盐形成HF，HF是强酸能够引起几乎所有金属材料的腐蚀。Ouyang等人在不同水含量FLiNaK盐中对Hastelloy N和Hastelloy B3两种镍基高温合金进行腐蚀实验，结果如图1-5所示。如图所示，合金在含有3.19 wt.%水分的盐中的腐蚀失重约为在 1.91 wt.%水分的盐中的腐蚀失重的三倍。相比于含有分水的FLiNaK盐，样品在纯净的FLiNaK盐中的腐蚀失重要小得多。综上所述，熔盐中的水杂质能够加速镍基合金的腐蚀。为减少材料的腐蚀，在腐蚀实验或者熔盐的应用过程中，应严格控制熔盐中的水杂质的含量。
（3）时间、温度对腐蚀的影响
镍基高温合金作为熔盐堆候选结构材料，需要在不同温度下长时间运行。研究镍基合金在不同温度熔盐中腐蚀不同时间的规律特点是很有必要的。Ouyang等人研究了Hastelloy N和Hastelloy B3两种镍基高温合金在不同温度的FLiNaK盐中腐蚀不同时间的规律特点。结果表明，随着温度的升高，合金的腐蚀加剧；在相同的腐蚀温度下，随着合金在熔盐中腐蚀时间的延长，合金腐蚀加剧，腐蚀失重增加（图 1-6）。Ouyang 通过腐蚀失重计算得出样品的腐蚀速率，见图1-6（b）。结果表明，样品在前100小时腐蚀速率较大，随着腐蚀时间的延长，样品腐蚀速率逐渐降低。
ORNL对主要候选镍基合金做过大量长时间的腐蚀实验，总结发现相同的腐蚀规律（图 1-7（a））。如图所示，合金前期腐蚀速率较快，随着腐蚀时间的延长，后期腐蚀速率逐渐减缓。合金在熔盐前期腐蚀主要是杂质引起的，随着腐蚀时间的延长，熔盐中杂质的耗尽，腐蚀速率逐渐变慢，后期主要受合金中元素的扩散速率控制。因此，可以通过扩散系数来预测样品在熔盐中长时间腐蚀深度。DeVan等人通过元素示踪法测试了Hastelloy N 合金中Cr的扩散系数，应用菲克第二定律，可以简单的预测Hastelloy N合金在熔盐环境中服役30年后的元素分布，如图 1-7（b）。尽管知道合金腐蚀受热扩散机制控制，但合金在熔盐中的腐蚀受界面接触状态、合金缺陷、腐蚀反应等影响，合金中元素的扩散行为不能简单的应用菲克定律进行预测。镍基合金在熔盐环境中Cr的扩散规律对于预测合金的腐蚀具有重要的意义，但关于这方面的研究并不充分，亟待进行深入研究。
（4）合金中Cr含量对腐蚀的影响
镍基高温合金在熔盐中的腐蚀主要是Cr的选择性腐蚀，镍基合金在熔盐中的腐蚀行为特点受其Cr含量影响较大。Olson等人在 850℃的FLinaK盐中对Hastelloy-X、Hastelloy-N、Ni-201、Incoloy-800H、Haynes-230和Inconel-617六种镍基合金进行500小时的腐蚀实验，结果显示合金的腐蚀随着合金中Cr含量的增加，腐蚀加剧，腐蚀失重几乎与合金中Cr含量成线性关系（图 1-8（a））。Ouyang等人对Hastelloy-B3、Hastelloy-N、Haynes-242、Haynes-263和TZM几种合金进行高温熔盐腐蚀，发现在含有少量水杂质的熔盐中腐蚀后，合金的腐蚀失重随着合金中Cr含量的增加而增加，腐蚀失重与样品中（Cr+1/3Mo wt.%）成线性关系（图1-8 (b)）。Sona等人和Min Liu等人通过不同镍基合金的腐蚀实验，也发现随着合金Cr含量的增加，合金腐蚀加剧。
探究不同Cr含量的镍基合金的腐蚀特点对研究，对熔盐堆结构材料的选择及研发有重要的意义。但关于不同Cr含量的镍基合金在熔盐中的腐蚀规律，数据比较少而且不够系统，还有必要进行深入研究。
（5）Cr 在熔盐中的腐蚀产物
镍基合金在熔盐中的腐蚀主要是Cr的选择性腐蚀，研究Cr在熔盐中的腐蚀产物，有助于预测Cr的腐蚀反应，加深对Cr在熔盐中的腐蚀机理的理解。在橡树岭的核动力飞行器项目中，做了大量关于Cr在燃料盐中的腐蚀产物的研究，发现在FLiNaK燃料盐中，Cr主要是以Cr(III)的形式存在，而在NaF-ZrF4盐和FLiBe盐中，Cr主要的存在价态为二价。Koger等人对Hastelloy-N合金研究发现，金属Cr在NaBF4-NaF（92-8 molewt.%）盐中的主要腐蚀产物为Na3CrF6。
Brinnt等人研究发现，一些常见的不锈钢、Inconel合金等在NaF-KF-LiF-UF4盐中存在着Cr的腐蚀，在熔盐中形成了一些绿色的结晶物质，通过与自己配置的标样比对，发现Cr在NaF-KF-LiF-UF4盐主要形成了K2NaCrF6。对Cr在熔盐中的腐蚀产物的研究比较集中的是在上世纪的橡树岭国家实验室，自从橡树岭国家实验室的熔盐堆项目上个世界70年代停止后，对Cr在熔盐中的腐蚀产物的研究基本停止，关于这方面的研究并不充分，还有必要继续深入研究。
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