Способ определения склонности циркониевых сплавов к нодульной коррозии

 

Изобретение относится к коррозионным испытаниям металлов и сплавов, в частности циркониевых сплавов на склонность к нодульной коррозии. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения на крупномасштабные конструкции, выполненные из циркониевых сплавов, за счет катодного осаждения металла на локальных несовершенствах предварительно образованной оксидной пленки. Способ заключается в том, что сплав окисляют в окислительной среде при выбранной температуре в течение времени, необходимого для образования оксидной пленки, помещают в ванну со вспомогательным электродом и электролитом, содержащим ионы осаждаемого металла, пропускают ток между вспомгательным электродом и сплавом для осаждения металла на локальных несовершенствах оксидной пленки. Склонность к нодульной коррозии определяют визуально либо по концентрации локальных несовершенств оксидной пленки, декорированных осажденным металлом. 1 ил.

Изобретение относится к коррозионным испытаниям циркониевых сплавов, применяемых в атомной энергетике.

Известно, что кроме равномерной коррозии на циркониевых сплавах обнаруживается нодульная (очаговая) коррозия в виде округлых чечевицеобразных пятен белой двуокиси циркония (нодулей). Глубина таких локальных коррозионных повреждений значительно превышает глубину коррозионных повреждений металла вследствие равномерной коррозии. Это может приводить к появлению трещин, разрушению элементов активных зон ядерных реакторов, а также загрязнению первого контура АЭС из-за осыпания двуокиси циркония.

Известен способ испытаний циркониевых сплавов на склонность к нодульной коррозии, заключающийся в том, что циркониевые сплавы автоклавируют в среде водяного пара под давлением 10,3 МПа при 500^оС в течение времени, необходимого для выявления нодулей, после завершения автоклавирования по внешнему виду оксидной пленки и поверхностной концентрации нодулей определяют склонность сплавов к нодульной коррозии.

Недостатком этого способа является сложность его осуществления из-за применения автоклавного оборудования, рассчитанного на высокие параметры (температура и давление).

Известен также способ (авт.св.СССР N 1603979 от 01.07.90), заключающийся в том, что на поверхности сплава образовывают электропроводящий, проницаемый для окислителя слой материала, сопротивление которого и контактное сопротивление специально подбирают, сплав окисляют в окислительной среде при выбранной температуре в течение времени, необходимого для выявления нодулей, после завершения испытаний склонность к нодульной коррозии определяют визуально, либо по концентрации нодулей на поверхности сплава.

Наиболее близким к предлагаемому является способ коррозионных испытаний циркониевых сплавов, заключающийся в том, что образец из испытуемого сплава размещают в емкости с окислительной средой, выдерживают до образования оксидной пленки, после завершения испытаний склонность к коррозии, в том числе нодульной, определяют по увеличению массы образцов.

Недостатком этого способа является низкая точность выявления локальных коррозионных повреждений (количества и плотности), а также невозможность определения склонности к нодульной коррозии крупномасштабных конструкций активных зон ядерных реакторов.

Цель изобретения заключается в повышении точности способа и расширении области его применения на крупномасштабные конструкции, выполняемые из циркониевых сплавов.

Цель достигается тем, что в способе коррозионных испытаний, заключающемся в том, что образец или изделие из испытываемого сплава размещают в емкости с окислительной средой, выдерживают до образования оксидной пленки, определяют параметр, по которому судят о склонности к нодульной коррозии, в емкости дополнительно размещают электрод, удаляют окислительную среду и заполняют емкость электролитом, содержащим ионы осаждаемого металла, образец и электрод подсоединяют к отрицательному и положительному полюсам источника тока соответственно и выдерживают до выделения осаждаемого металла на участках поверхности образца, а в качестве параметра, по которому судят о склонности к нодульной коррозии, используют количество участков с осажденным металлом.

Считается, что нодульная коррозия циркониевых сплавов обусловлена содержанием в них химических или интерметаллических соединений циркония с примесными или легирующими элементами. В процессе коррозии на циркониевых сплавах формируется оксидная пленка, состоящая из двуокиси циркония с включениями таких соединений или их оксидов, образующих локальные неоднородности. Если локальные неоднородности имеют большую по сравнению с двуокисью циркония электропроводность, то это приводит к короткому замыканию переноса электронов к границе оксид-газ и при наличии определенных условий (отложения продуктов коррозии первого контура, реакторное облучение и т.д.) вызывает на наружной поверхности усиленную коррозию очаг (нодуль).

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

При размещении образцов 1 или конструкций, изготовленных из циркониевых сплавов и предварительно выдержанных в окислителе для образования пленки двуокиси циркония 5, в емкости с электролитом 2 и вспомогательным электродом 3 и пропускании тока между вспомогательным электродом и сплавом вследствие относительно высокой проводимости включений 4 электрический ток протекает в основном через такие локальные неоднородности оксидной пленки. Для выявления неоднородностей оксидной пленки сплав подсоединяют к отрицательному полюсу источника ЭДС, производя катодное осаждение металла из электролита. Склонность к нодульной коррозии изготовленных из циркониевых сплавов образцов или конструкций определяют визуально, либо по концентрации декорированных осажденным металлом локальных несовершенств оксидной пленки.

Предлагаемый способ определения склонности циркониевых сплавов к нодульной коррозии осуществляют следующим образом.

Образцы сплава циркония с 1,0 мас. ниобия окисляют на воздухе при 450^оС в течение 17 ч. После окисления в емкости размещают электрод и заполняют ее раствором CuSO₄ (200 г на 1 л воды). Отрицательный полюс источника ЭДС подсоединяют к образцу, положительный к вспомогательному электроду и в течение 100 с пропускают электрический ток при напряжении на ячейке 1 В.

Перед испытаниями образцы обрабатывают раствором хлорного железа для удаления осажденной меди и тщательно отмывают в дистиллированной воде. На поверхности отчетливо видны нодули, свидетельствующие о склонности образца к нодульной коррозии. Формирование нодулей происходит в тех местах оксидной пленки, где было произведено осаждение меди по предлагаемому способу. Определить склонность сплава к нодульной коррозии по прототипу не представляется возможным, т.е. предлагаемый способ значительно повышает точность.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИ ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВОВ К НОДУЛЬНОЙ КОРРОЗИИ, по которому образец из испытываемого сплава размещают в емкости с окислительной средой, выдерживают до образования оксидной пленки и определяют параметр, по которому судят о склонности к нодульной коррозии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определении, в емкости дополнительно размещают электрод, удаляют окислительную среду и заполняют емкость электролитом, содержащим ионы осаждаемого металла, образец и электрод подключают к отрицательному и положительному полюсам источника тока соответственно и выдерживают до выделения осаждаемого металла на участках поверхности образца, а в качестве параметра, по которому судят о склонности к нодульной коррозии, используют количество участков с осажденным металлом.

РИСУНКИ

Рисунок 1