Механизмы коррозии материалов, перспективных для создания новых реакторных установок

Механизм и количественные характеристики высокотемпературной коррозии покрытий и материалов необходимы для выбора конструкционного материала ЖСР-С. Также необходим поиск новых способов защиты от коррозии и снижения коррозионных потерь в расплавленных солевых электролитах. Изучено коррозионно-электрохимическое поведение и механизм коррозии перспективных реакторных материалов, их отдельных компонентов и их комбинаций в условиях, близких к рабочим условиям эксплуатации внешнего контура ЖСР-С, для которого подбирается материал – в экстремальных температурных и коррозионных условиях при воздействии концентрированных потоков вещества в расплаве фторидов лития, натрия, калия при 550-800°С, содержащем фторид урана либо трифториды f-элементов - церия и неодима как имитаторов фторидов плутония и урана соответственно от 1 до 5 мас.%. Изучено коррозионно-электрохимическое поведение и механизм коррозии предварительно облученных перспективных реакторных материалов и предполагаемого материала защитного покрытия – металлической меди в условиях, близких к рабочим условиям эксплуатации внутреннего контура ЖСР-С – в экстремальных температурных, коррозионных и радиационных условиях в расплаве фторидов лития, натрия, калия при 600°С, содержащем трифторид церия как имитатор трифторида плутония в количестве от 1 до 5 мас.%. Исследованы процессы коррозии кандидатных материалов для ЖСР: никель-хром-молибденовых сплавов типа «хастеллой (Hastelloy)»: С-2000, G-35, ХН65МВУ и стали 12Х18Н10Т, сплавов никель-хром (Н80Х20), никель-титан (NITINOL), никель-медь (Monel 404), никель-ниобий (НиНб1), а так же индивидуальных металлов: медь (М00б), никель (НП1), молибден (МЧ), титан (ВТ1-00), железо (ЖР005), хром (Х99Н1), вольфрам (ВЧ) и ниобий (Нб1) в расплаве на основе LiF–NaF–KF с составами, характерными для ЖСР-С в диапазоне температур 550-800°С в зависимости от времени экспозиции в расплаве (до 100 часов с отбором проб каждые восемь часов). Определены весовой и глубинный показатели коррозии материалов, для компонентов кандидатных материалов определены плотность тока коррозии и потенциал коррозии, на основании зависимости логарифма скорости коррозии от температуры рассчитана энергия активации коррозионного процесса, выполнено термодинамическое моделирование равновесий в системе «компонент кандидатного материала (защитного покрытия) – расплав фторидов лития, натрия, калия» в экстремальных температурных условиях. Исследование характера коррозионного разрушения материала и анализ поверхности образцов после эксперимента выполнены с привлечением микрорентгеноспектрального, рентгенофазового методов, металлографического анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния. Установлено, что из индивидуальных материалов наибольшей коррозионной устойчивостью обладает металлическая медь. Доказано влияние фторидов актинидов и фторидов лантанидов-имитаторов на количественные показатели коррозии и характер коррозионных поражений. Добавки фторидов урана, церия и неодима в солевой электролит во всех случаях увеличивают деградацию исследуемых материалов сравнительно с аналогичными материалами, выдержанными в эвтектическом солевом расплаве фторида калия, лития и натрия. Рост концентрации фторидов f-элементов в расплаве увеличивает скорость коррозии. Наиболее отчетливо данная тенденция наблюдается при введении в расплав трифторида церия как имитатора трифторида плутония, скорость коррозии возрастает на порядок и происходит трансформация морфологии поверхности образцов. Это характерно для всех исследуемых индивидуальных металлов и сплавов. Помимо увеличения скорости коррозии, в присутствии в расплаве 1 и более массовых процентов фторида урана изменяется характер коррозии никель-хромо-молибденовых сплавов типа «хастеллой» с язвенной на селективный (избирательный). Подобного эффекта при введении других фторидов f-элементов в расплав не наблюдается. Для стали характерна питтинговая коррозия, введение добавок фторидов f-элементов, а также повышение температуры увеличивает количество, размер и глубину коррозионных очагов. Для никель-хромовых сплавов характерна язвенная коррозия, такие факторы, как введение добавок и повышение температуры, увеличивают количество и размер коррозионных очагов, но уменьшают их глубину. Наблюдается отчетливая тенденция по сильному избирательному растворению хрома в приповерхностном объеме кандидатных материалов, имеющих этот химический элемент в своем исходном составе. Для сплавов типа «хастеллой» также характерно незначительное обеднение по молибдену. Следует отметить достоинства никель-медного сплава, продемонстрировавшего значительную коррозионную стойкость в исследуемых условиях, однако на данный сплав отрицательно влияет повышение температуры. Установлено, что механизм коррозии – электрохимический, проанализированы внешние и внутренние факторы коррозии кандидатных материалов. Проведены исследования коррозии предварительно облученных кандидатных материалов – стали 12Х18Н10Т, Hastelloy C-2000 и меди как материала предлагаемого защитного покрытия. Предложены принципиально новые способы защиты металлических материалов от коррозии. Получены и аттестованы покрытия различных типов – металлической медью и двойными оксидами шпинельного типа. Чтобы минимизировать влияние коэффициента термического расширения, получение всех типов покрытий осуществлялось в расплавленных солях.