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核能是一种安全、清洁、可靠的能源,是电力行业减少排放污染物、减缓地球温室效应的重要举措。核反应堆在运行过程中会产生α、β、γ、X等射线,其中Y射线和中子穿透能力最强,会对人体及周边物体产生辐照损伤。因此,安全有效的核屏蔽材料成为现阶段乃至将来很长一段时间世界各国致力研发改进的新材料。Pb是有效的γ射线吸收材料,但它强度小,很难作为结构材料使用；B具有优异的抑制俘获和屏蔽中子的特性,因此铅硼是核屏蔽材料的最佳组合。但是,由于金属Pb和B存在很大的物理化学差异,Pb-B形成难混溶体系,并不能获得具有良好界面结合的合金。本课题组通过对Pb-B核屏蔽材料组元和成分的选择,加入其它元素Mg和Al,制备成具有一定力学承载能力且能高效屏蔽X射线、Y射线和中子的功能材料。其强度达到σb=228MPa,硬度B=156N/mm2,远高于纯铅。通常认为,合金的微观组织对其腐蚀行为和耐蚀性能具有决定性的作用,本文所述的Pb-B合金由于Mg的加入使其耐腐蚀性能成为制约材料安全使用的主要因素。核反应堆屏蔽材料所处的腐蚀环境为冷却水,主要产生由电化学反应引起的腐蚀,本文将主要就其在卤族元素Cl-和F-的中性盐溶液中的腐蚀性能及腐蚀机理进行研究讨论,最终得到耐蚀性能最佳的合金元素组分。利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等研究分析了合金的物相和组织结构,结果表明添加B元素后,合金中出现了新相AlB2。采用静态失重腐蚀、盐雾腐蚀、电化学测试等方法研究了不同B含量的Pb-B合金在中性盐溶液中的腐蚀行为。结果表明：B含量为1.5wt.%的合金腐蚀倾向最小,耐蚀性能最好；静态失重腐蚀实验的结果与电化学测试结果一致;当腐蚀溶液中溶解氧含量增大时,腐蚀加剧,腐蚀速率增大；盐雾试验结果与电化学测试和静态失重腐蚀实验结果一致。实验表明合金的耐蚀性能较好,但还需要进一步的处理来提高合金的耐蚀性能。合金中参与反应相的费米能级大小顺序为Mg>Mg2Pb> Mg17A112。首先失去电子的是处于费米能级位置,能级越高电子越容易失去,因此腐蚀发生时Mg相最容易发生腐蚀破坏,是主要的腐蚀相。利用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪测试结果表明,合金腐蚀残余物主要成分为Mg2Pb、Pb、Mg17Al12、PbO、Al2O3及少量AlB2。应用第一性原理分析讨论了Cl和F在Mg表面的吸附行为,分别计算了吸附能、吸附结构、功函数、电子结构和热力学稳定性。结果表明,由于Mg-Cl键和Mg-F键的差异,不同覆盖度的Cl原子吸附能较F的更小,表明Cl和Mg原子间的相互作用能比F和Mg原子间的小,同时,Mg(0001)表面和F原子间的键能强于与Cl的。说明镁表面上更易形成具有保护性质的氟化镁,进一步得出结论,镁合金中在含F溶液中的腐蚀速度比在含Cl溶液中小。