Đột phá này có tên: Thép siêu bền FeCrAl. Tác giả của nó là Peter Szakálos, thuộc Học viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Stockholm (Thụy Điển).
Bằn cách “biến hóa” thành phần, các nhà nghiên cứu Thụy Điển đã tạo ra loại thép chưa từng có, FeCrAl (Sắt-Crom-Nhôm). Nó bền đến mức có thể chịu được nhiệt độ lên đến 800°C. Mức nhiệt này vượt xa điều kiện hoạt động điển hình của lò phản ứng hạt nhân.
Bước đột phá về hợp kim siêu bền, chống oxy hóa, chống ăn mòn tuyệt vời này có thể rung chuyển cùng lúc ba lĩnh vực toàn cầu đó là ngành sản xuất lò công nghiệp, chất xúc tác và lớp vỏ nhiên liệu hạt nhân thế hệ tiếp theo.
Giớ nghiên cứu Thụy Điển đã làm như thế nào?
Các nhà nghiên cứu tại KTH đề xuất một phương pháp kết hợp sử dụng một loại thép ferrit tạo lớp alumina mới (FeCrAl) – được phát triển tại KTH bởi nhà nghiên cứu Peter Szakálos – với AISI 316L, một loại thép không gỉ austenit được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
“Khi được sử dụng cùng với thép không gỉ austenit thông thường dưới dạng vật liệu nhiều lớp, những vật liệu này có thể cung cấp khả năng bảo vệ lâu dài cần thiết cho các lò phản ứng làm mát bằng chì trong tương lai”, các nhà nghiên cứu cho biết.
Hình ảnh cho thấy sự hình thành các sợi nhỏ của pha α-Al2O3 đang phát triển bên trong thép siêu bền FeCrAl. Nguồn: Học viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Stockholm
Không giống như thép AISI 316L, các loại thép FeCrAl này tạo thành một lớp màng alumina tự phục hồi (công thức Al₂O₃) ngăn chặn sự hòa tan nhanh chóng được quan sát thấy trong nghiên cứu. Lớp màng bảo vệ này tỏ ra bền bỉ ngay cả ở nhiệt độ cực cao.
Phát minh từ Học viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Stockholm (Thụy Điển) đã định lượng chính xác tốc độ và mức độ ăn mòn tinh tế của chì lỏng đối với thép không gỉ, mở ra hướng đi dựa trên dữ liệu để chế tạo các lò phản ứng hạt nhân bền hơn.
Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng sự ăn mòn được kích hoạt bởi một lớp màng chì lỏng vô hình chỉ dày 1 micron, làm tăng tốc độ mất kim loại đến mức đáng kinh ngạc: Vài milimét mỗi năm.
Nguyên nhân dẫn đến sự hư hỏng cấu trúc nhanh chóng này nằm ở sự tương tác giữa các thành phần của thép và chì. Trái ngược với quan niệm cho rằng chì từ từ ngấm vào kim loại, nghiên cứu cho thấy các nguyên tử niken—thành phần chiếm phần lớn trong thép AISI 316L—có khả năng hòa tan cao trong chì lỏng.
Quá trình hòa tan xảy ra khi các nguyên tử niken khuếch tán ra khỏi thép và hòa tan vào chất lỏng chì xung quanh. Sau quá trình khuếch tán này, lượng sắt và crom còn lại sẽ tái cấu trúc thành pha ferit, nhưng do thiếu niken nên cấu trúc mới này yếu và có độ xốp cao. Từ đó làm tăng tốc độ hao hụt vật liệu một cách đáng kể.
Vì cơ chế ăn mòn này tấn công thành phần cơ bản của thép austenit, nên việc chỉ điều chỉnh công thức hợp kim khó có thể tạo ra vật liệu “chống ăn mòn”. Chì lỏng chắc chắn sẽ ngấm vào và làm bong tróc lớp niken.
Những phát hiện này, được công bố trên tạp chí Corrosion Science.
