moglobi.ru Другие Правовые Компьютерные Экономические Астрономические Географические Про туризм Биологические Исторические Медицинские Математические Физические Философские Химические Литературные Бухгалтерские Спортивные Психологичексиедобавить свой файл
страница 1


ЗАЩИТА ЦИРКОНИЯ ОТ НАВОДОРОЖИВАНИЯ

Ю.В. Дубровский*, И.А. Хазов*, В.Д. Калантаров**, Б.В. Шаров**


* - НПЦ "ИНТЕКО" ГП "Красная Звезда", Россия, Москва

* * - ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ» им. А.И. Алиханова, Россия, Москва

Аннотация


Экспериментально доказано, что ионно-плазменное двухслойное покрытие Ti+TiN на цирконии защищает металл от насыщения его водородом.
ВВЕДЕНИЕ

Циркониевые сплавы теряют запас пластичности в результате эксплуатации в активной зоне ядерного реактора. Одна из причин этого явления – наводороживание [1]. Насыщение дейтерием канальных труб из сплава циркалой-2 в реакторе PHW CANDU было одной из причин аварии на АЭС «Пикеринг-А» [1].

При температуре 300 ОС растворимость водорода в цирконии составляет (6,5 - 7)10-5% массовых [2]. При комнатной температуре практически весь водород содержится в гидридах циркония ZrH1,5 [3].

Выделение частичек гидрида является причиной охрупчивания металла.

ОБРАЗЦЫ

Для исследования процесса проникновения водорода в металл применяли проволоку из иодидного циркония диаметром 0,5 мм и длиной 500 мм.

Покрытию подвергался участок проволоки CD (рис. 1) длиной 80 мм. Толщина покрытия (5-8) мкм.

НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

Покрытия наносились вакуумным ионно-плазменным электродуговым методом на установке "Булат-6", дооснащенной газовым ионным источником. Очистка и активация поверхности проводилась сначала ионами аргона, затем ионами металла, образующего ближний к подложке слой покрытия. Толщина покрытия определялась методом сферического шлифа на образце-свидетеле.

НАСЫЩЕНИЕ ОБРАЗЦОВ ВОДОРОДОМ


Образцы насыщались водородом в электролизёре, схема которого приведена на рис. 1. Наводороживанию подвергался участок проволоки CD. Режим электролитического процесса был одинаковым для всех образцов: I=23 мА, =50 ч. Электролитом служила вода, слитая после отстоя в ней минерала бентонита. Благодаря наличию водо-растворимых ионов электропроводимость ванны была достаточной для осуществления электролитического процесса.
ОЦЕНКА КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДА В ОБРАЗЦАХ

Был выбран термоэлектрический способ исследования.[4]

Схема измерения термоэдс Е, возникающей из-за наличия водорода в образце без защитного покрытия, показана на рис. 2.

Для образцов с ионно-плазменным покрытием применяли схему, изображенную на рис. 3. В этом случае образец-свидетель (без водорода) и наводороженный образец соединены так, чтобы термоэдс U, возникающие из-за наличия ионно-плазменных покрытий, скомпенсировались. Это позволило повысить точность измерения величины термоэдс E.

Содержание молекул ZrH1,5 по отношению к количеству атомов циркония в том же объёме определяется по величине термоэдс [4].



где

E, мкВ – термоэдс,

e= 1.60*10-19 Кл – заряд электрона,

K= 1,38*1023 Дж/К – постоянная Больцмана,

T= 218 К – разность температур спаев термопары (Ткомнатная – Тжидкого азота).

Ниже в таблице приведены результаты термоэдс U, возникающих из-за наличия ионно-плазменных покрытий при измерении, как для непокрытого образца, по схеме на рис. 2, и E, возникающих из-за наличия водорода при измерении по схеме на рис. 3.



Термоэдс,

мкВ
Без

покрытия

Состав покрытия

Cr+TiN

Al

Al+TiN

TiN

Ti

Ti+TiN

U


0

+ 78

+ 46

+ 70

+ 64

+ 28

+ 50


E

- 47

- 42

- 41

- 14

- 5

- 1.8

0


Как видно из таблицы, абсолютную защиту от проникновения водорода в цирконий обеспечило покрытие состава Ti+TiN. Каждый компонент этого двухслойного покрытия (Ti и TiN) также существенно снижает скорость проникновения водорода в цирконий.

Алюминиевое покрытие не защищает цирконий от наводороживания.

Хромовый слой, в качестве подложек под нитридом титана, так же не обеспечивает положительного эффекта. В этом случае, по-видимому, нарушена сплошность слоя TiN, т.к. параметры кристаллических решеток хрома и нитрида титана значительно различаются (соответственно 2,88  и 4,24 ), т.е. нет структурного соответствия (эпитаксии) кристаллических решеток.

Этот же фактор может повлиять на образование несплошности покрытия TiN на алюминиевой подложке. Ближайшие расстояния между атомами в гранецентрированной решетке алюминия – 2,86 , а параметр кубической решетки нитрида титана – 4,24 .

Значительный интерес вызывает защитное свойство титанового покрытия. Возможно, что титан, обладающий большой поглотительной способностью водорода, аккумулирует его, и диффузия газа в цирконий ограничена. Препятствием этой диффузии может быть сплав Zr-Ti (твердый раствор), образующийся при ионно-плазменном напылении титана на цирконий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Тонкое двухслойное покрытие (5 – 8) мкм, нанесённое на цирконий по ионно-плазменной технологии, защищает металл от насыщения его водородом в электролизёре.

Такая защита может оказаться эффективной и в случае эксплуатации циркониевых изделий в ядерном реакторе в горячей воде, в которой водород образуется как продукт коррозионного процесса.



ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

  1. Некрасова Г.А., Никулина А.В., Крысанова Д.Л. «Анализ повреждения канальных труб из циркониевых сплавов на канадской АЭС «Пикеринг-А», Атомная техника за рубежом, 1989 г., №6, с.10-14.

  2. Дуглас Д. «Металловедение циркония» М. Атомиздат, 1975 г., 360 с.

  3. Коллинг Р. «Нестехиоетрия» М., Мир, 1974 г., 286 с.

  4. Шаров Б.В. Смирнов О.А. «Оценка содержания гидридов циркония в цирконии термоэлектрическим методом» Атомная энергия, т. 89, вып. 5, ноябрь 2000 г., с. 418




Рис. 1 Схема электролизёра


  1. трубка из нержавеющей стали;

  2. резиновая шайба;

  3. образец;

  4. вода;

  5. стабилизированный источник постоянного тока.





Рис.2 Схема измерения термоэдс Е для образца без покрытия и термоэдс U для образцов с покрытиями

  1. образец;

  2. дьюар с жидким азотом;

  3. микровольтметр

Рис. 3 Схема измерения термоэдс Е для образцов с покрытиями ывфвфывфывфывфывфыв

  1. образец наводороженный;

  2. образец-свидетель;

  3. дьюар с жидким азотом;

  4. микровольтметр







страница 1
скачать файл


Смотрите также:
Защита циркония
57.14kb. 1 стр.