这篇研究的主要作者是J. Jayaraj, A. Ravi Shankar 和 U. Kamachi Mudali，他们隶属于印度Indira Gandhi Centre for Atomic Research (IGCAR)的腐蚀科学与技术研究组(Corrosion Science and Technology Group)。该研究发表于期刊《Electrochimica Acta》第85卷(2012年)，文章主题是对新开发的β型钛合金Ti-45Zr-38Al铸棒在硝酸中电化学与钝化特性的研究。
本研究聚焦于β型钛合金Ti-38 at% Zr-17 at% Al (简称TZA合金)在核燃料后处理装置中的应用潜力。核燃料后处理反应器中需要处理高浓度（通常为11.5M）沸腾硝酸，环境的强氧化性和伴随的辐射产物会使溶解装置受到显著腐蚀，从而对装置安全性和使用寿命提出挑战。常规奥氏体不锈钢（如AISI 304L）以及传统硝酸级不锈钢在锁定条件下都会产生晶间腐蚀。故此，开发高强度、低维护、抗腐蚀能力强的新材料成为关键。本研究旨在探究TZA合金在硝酸介质中的电化学行为、钝化膜特性及其耐腐蚀性能，为核燃料处理装置提供新型材料选项。
1. 材料制备与表征：
- TZA合金通过高纯金属在氩气保护下的电弧熔炼法制成，随后利用铜模铸设计成直径0.3 cm和长度10 cm的圆柱样品。研究对象包括TZA合金和商用纯钛（commercial pure titanium，简称CP-Ti）。
- 对样品的微观结构进行了全面表征。使用X射线衍射（XRD）确定样品的晶相与晶体结构，研究表明TZA合金为单相体心立方（BCC）结构；而CP-Ti为简单六方蜂窝状密堆积（HCP）结构。采用扫描电子显微镜（FE-SEM）与光学显微镜观察其铸造微观结构，显示柱状晶粒及其外圈的等轴晶粒分布特点。
2. 电化学测试方法：
在室温环境中，通过三电极体系分别对TZA合金和CP-Ti进行电化学分析： - 开路电位（OCP）： 每次测试前稳定1800秒获取初始电位。 - 动电位极化实验： 在1M、6M和11.5M HNO3 中以扫描速率1 mV·s-1测定极化曲线，从腐蚀点至钝化电位区进行扫描，以比较TZA与CP-Ti的钝化能力。 - 电化学阻抗谱（EIS）： 测量频率范围从0.1 Hz到100 kHz，叠加扰动振幅为10 mV的AC电压；测试了开路条件下及在1500 mV连续3600秒后钝态情况。 - Mott-Schottky分析： 用以评估钝化膜的半导体特性，所测频率固定为1 kHz。
3. 表面与膜层分析：
利用X射线光电子能谱（XPS）进行深度剖析，结合氩离子溅射技术对膜层组成与厚度进行定量分析，重点比较空气钝化膜(native film)和浸泡于11.5M HNO3后的钝化膜(passive film)的成分构成。
1. 动电位极化行为：
TZA合金在硝酸中的极化曲线表明，无论硝酸浓度（1M, 6M, 11.5M）的变化，其具有自发钝化特征且在2000 mV以内无穿透行为。随着硝酸浓度增大，腐蚀电位升高但钝化电流密度也增大。
相比之下，在11.5M的硝酸中，CP-Ti的腐蚀电流密度较高，钝化能力较弱，说明TZA合金形成的钝化膜具有优异的抗腐蚀性。
2. 电化学阻抗谱分析（EIS）：
阻抗的Nyquist图显示，TZA合金形成了具有高电荷转移阻抗值（Rp）和低电容（CPE-t）特征的钝化膜，其在低浓度硝酸中更加稳定。但在11.5M的硝酸中，由于高氧化性导致钝化膜质量略有下降。相比之下，CP-Ti在高浓度下的膜阻抗明显较低，表现出膜的缺陷与较差的保护性。
3. Mott-Schottky分析：
两种样品的钝化膜均表现为n型半导体特征，TZA合金的电子施主密度明显低于CP-Ti，表明其钝化膜更紧密且具有更少的缺陷。
4. 表面与膜层成分解析：
- 空气钝化膜主要由ZrO2和Al2O3组成，少量TiO2；在硝酸环境中，初生Al2O3不稳定，最终被ZrO2为主的氧化物取代。
- 通过XPS深度剖析，钝化膜厚度达到30 nm（空气原生膜厚度仅为3 nm），表明浸泡于硝酸后的扩展生长膜能显著提高合金稳定性。
- ZrO2在表层氧化物组分中占主导地位，为膜的保护性与稳定性提供了重要基础。
本研究详细探讨了Ti-38 at% Zr-17 at% Al β型合金在硝酸中的电化学行为和耐腐蚀特性，得到如下重要结论： 1. TZA合金具有优异的抗腐蚀能力，其形成的钝化膜致密且极具保护性。 2. 钝化膜以ZrO2为主要成分，并伴有少量TiO2。其高钝化电阻与低缺陷密度成为该合金抗腐蚀性能的关键。 3. 即使在剧烈腐蚀条件下（11.5M HNO3），TZA合金表现出远优于CP-Ti的性能。
根据研究结果，TZA合金无疑是核燃料后处理溶解装置理想的候选材料之一，同时也为未来的合金材料开发提供了重要参考价值。