CC BY
18
УДК:669.296:(539.24)
Некрасова Н.Е., Кругликов С.С. Наговицына О.А.
ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И СПОСОБА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ НА КОРРОЗИОННУЮ И ВОДОРОДНУЮ СТОЙКОСТЬ СПЛАВА ЦИРКОНИЯ Э-110
Некрасова Наталия Евгеньевна, доцент к.т.н., кафедра физической химии, e-mail: madjerre@mail.ru; Кругликов Сергей Сергеевич, профессор, д.х.н., кафедра ТНВиЭП;
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»; Россия, 125047, Москва, Миусская пл. д. 9. Наговицына Ольга Андреевна, ассистент кафедры «Общая химия»;
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия, 115409, Каширское шоссе, д.31
Проведены коррозионные автоклавные испытания сплава циркония Э-110 с целью исследования влияния на коррозионную и водородную стойкость циркониевых изделий состояния и способа обработки их поверхности: модификации поверхности, нанесения защитных покрытий.
Ключевые слова: коррозия, сплавы циркония, наводороживание, обработка поверхности, защитные покрытия.
ONE THE EFFECT OF SURFACE STATE AND THE METHOD OF SURFACE TREATMENT ON CORROSION RESISTANCE AND HYDROGENATION OF ZIRCONIUM "E-110" ALLOY Nekrasova N.E., Kruglikov S.S., Nagovitsyna O.A.
Nekrasova Natalyia E., Assoc. Prof., Mendeleev Univ. Chem. Technol., 125047,Miusskaya Sq., 9, Moscow, Russia Kruglikov Sergey S., Prof., Dept. Inorg. & Electrochem. Eng., Mendeleev Univ., Chem. Technol., 125047,Miusskaya Sq., 9, Moscow, Russia
Nagovitsyna Olga A., Ass. Prof., Dept. General Chem., National Nuclear Res. Univ. "MIFI", 115409,115409, Moscow, Russia
Corrosion tests were made for E-110 zirconium alloy in order to evaluate its resistance against corrosion and the action of
hydrogen for the alloy specimens subjected to different kinds of pretreatment
Keywords: corrosion, zirconium alloy, hydrogenation, surface treatment, protective coatings.
Введение
Повышение коррозионной стойкости и снижение уровня наводороживания конструкционных материалов, работающих в активных зонах ядерных реакторов на тепловых нейтронах типа ВВЭР и РБМК, является постоянной актуальной задачей. С одной стороны, это продиктовано постоянно возрастающими требованиями по увеличению ресурса и безопасности современных АЭС, с другой стороны, необходимостью решения проблем экологического характера.
Для решения поставленной задачи было создано достаточно много новых циркониевых сплавов. Циркониевые сплавы - это конструкционный материал для следующих составляющих тепловыделяющих сборок (ТВС): оболочек ТВЭЛов, дистанционирующих решеток, направляющих каналов и центральных труб. Однако существует другой перспективный и экономически целесообразный путь повышения эксплуатационных характеристик циркониевых изделий. Это, во-первых, создание модификации поверхности, что было разработано и протестировано для сплава циркония Э-635 [1, 2], а во-вторых, создание по поверхности сплава покрытий.
В данной работе представлены результаты автоклавных коррозионных испытаний сплава циркония Э-110, поверхность которого была модифицирована различными методами.
Экспериментальная часть
Коррозионные испытания проводились в автоклавах в паре при температуре 400°С и давлении 20,0 МПа. Испытания проводились в деаэрированной
воде, имеющей электросопротивление >1,0 Мом/см перед началом испытания. Дегазация проводилась при 110°С в течение 5 минут с предварительной продувкой аргоном.
Регулирование, защита и контроль по давлению осуществлялся показывающими стрелочными манометрами (ЭКМ-4) с классом точности 1,5%. Нагрев автоклавов осуществлялся печью сопротивления с контролем температуры аттестованной термопарой типа хромель-алюмель. Поддержание температуры в точке рабочей зоны автоклава с точностью ±1°С обеспечивалось системой регулирования в паре. Колебания температуры в процессе испытания не превышали ±3°С. Поверхность образцов, загружаемых в автоклав, не превышала 0,1 м2/л объема автоклава. Массу образцов на каждом этапе коррозионных испытаний определяли с точностью ±0,05 мг.
Модификация поверхности проводилась:
1. динамическим воздействием микротел с помощью:
— магнитно-абразивной обработки. Процесс подробно описан в [3].
— струйно-абразивной обработки стеклянными шариками;
— струйно-термокинетической обработки сухим льдом Cold Jet.
2. обработкой электронами.
Покрытия и способы их нанесения представлены в табл. 1:
Таблица 1
Способ
нанесения Покрытие
покрытия
Сг
электродуговой СгЛ1
СгЛ1-Л1
Сг
магнетронный Т без миксинга
Т с миксингом
Отожженные после ТО в активной
Термообработка засыпке
(ТО) и в Нагартованные после ТО в активной
активной засыпке
засыпке Нагартованные после САО и ТО в активной засыпке
Результаты
По результатам коррозионных испытаний были рассчитаны средние значения привесов для каждого способа модификации и построен график
от времени (рис.1)
зависимости привеса
автоклавных испытаний, привес, г/см2
-исходные сухой лед -электроны -МАО ДСК CAO
МАО ДЧК
время, ч
Рис.1. Зависимость изменения привеса (г/см ) во времени (часы) На рис.2. представлены результаты определения уровня наводороживания образцов с модифицированной поверхностью после
автоклавных испытаний.
уровень наводорожив ания, ррт
■исходные
сухой лед
-МАО ДСК
-МАО ДЧК
-CAO
обработка электронами
время, ч
Рис. 2. Уровень наводороживания(в ppm) от времени (часы)
привес, г/см1
-нехпдные собр.
—ПОСЛЕ? ШТАТНОЙ ТО il
активной засыпке -нагартованные после ТО в
активной засыпка -на га pro ванные после CAO и
ТО в активной яасыпко -Сг- магнетронкое напыление Ti без м ни инга
время, ч
По результатам коррозионных испытаний были рассчитаны средние значения привесов для каждого варианта покрытия построен график зависимости привеса от времени (рис.3) автоклавных испытаний.
На рис.4. представлены результаты определения уровня наводороживания образцов с покрытиями после автоклавных испытаний.
уровень -«-««»и«
наводороживания -
. РРт
Ù-AI
Йргминсингл
Т^ЛСИИМОИ
—с г, нлгиртроннйр напыление -— нагарта нмм rwtni Tût
нлгартллл инир Г ;>- flp LAO и ТО Р ПкГиыОг, Wb П
Рис.3. Зависимость изменения привеса (г/см ) во времени (часы)
время, ч
/ ' ¿i*, i-
Рис. 4. Уровень наводороживания образцов (в ppm) от времени (часы)
Выводы
Результаты коррозионных испытаний сплава Э-110 показали, что модификация поверхности протестированными методами не дает существенного увеличения коррозинонной стойкости образцов, по крайней мере, для данной длительности испытаний. Хотя способы обработки САО и МАО ДЧК с большой вероятностью будут давать лучший результат по сравнению с исходными образцами без обработки после более длительных испытаний, поскольку в этом случае закон окисления изменяется соответствующим образом. Способы обработки сухим льдом, МАО ДСК и МАО ДЧК также показывают наиболее низкий уровень наводороживания, который ниже уровня наводороживания исходных образцов.
Результаты испытаний покрытий для сплава Э-110 привели к результатам, которые однозначно трактовать сложно. Уменьшение привеса после испытаний может говорить лишь о том, что либо компоненты покрытий образуют растворимые соединения с компонентами сплава Э-110 в условиях испытаний и переходят в раствор, либо дают рыхлую оксидную пленку, которая осыпается в процессе испытаний. Вследствие этих причин сложно однозначно судить и об уровне наводороживания этих образцов.
Литература
1. The on relation between corrosion resistance and electrophysical properties of oxide films on zirconium alloy / Nekrasova N. E., Kruglikov S. S. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. — 2011. — Vol. 47, no. 6. — P. 793-796.
2. К. Н. Никитин, В. Н. Шишов. Поведение барьерного слоя коррозионных пленок на сплавах циркония.//Физикохимия поверхности и защита материалов: 2010, Т.46 №2, С.214-219.
3. Никитин К.Н., Блюхер Г.М., Климов А.А., Шлепов И.А. Магнитно-абразивная обработка как способ модификации поверхности металлов. //Гальванотехника и обработка поверхности: 2006, XIV, № 4, С.36-41.
