Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок

Исследованы процессы, происходящие при контактной коррозии таких конструкционных материалов ядерных установок, как алюминий, его сплав САВ-1 с циркониевым сплавом Э110 и нержавеющей сталью марки Х18Н10Т. Результаты электрохимических и автоклавных испытаний исследуемых контактных пар показывают, что...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Ядерна та радіаційна безпека
Дата:	2015
Автори:	Зуёк, В.А., Рудь, Р.А., Третьяков, М.В., Куштым, Я.А., Красноруцкий, В.С., Черняева, Т.П., Грицина, В.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України 2015
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105002
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок / В.А. Зуёк, Р.А. Рудь, М.В. Третьяков, Я.А. Куштым, В.С. Красноруцкий, Т.П. Черняева, В.М. Грицина // Ядерна та радіаційна безпека. — 2015. — № 3. — С. 24-30. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860264125771284480
author	Зуёк, В.А. Рудь, Р.А. Третьяков, М.В. Куштым, Я.А. Красноруцкий, В.С. Черняева, Т.П. Грицина, В.М.
author_facet	Зуёк, В.А. Рудь, Р.А. Третьяков, М.В. Куштым, Я.А. Красноруцкий, В.С. Черняева, Т.П. Грицина, В.М.
citation_txt	Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок / В.А. Зуёк, Р.А. Рудь, М.В. Третьяков, Я.А. Куштым, В.С. Красноруцкий, Т.П. Черняева, В.М. Грицина // Ядерна та радіаційна безпека. — 2015. — № 3. — С. 24-30. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Ядерна та радіаційна безпека
description	Исследованы процессы, происходящие при контактной коррозии таких конструкционных материалов ядерных установок, как алюминий, его сплав САВ-1 с циркониевым сплавом Э110 и нержавеющей сталью марки Х18Н10Т. Результаты электрохимических и автоклавных испытаний исследуемых контактных пар показывают, что во всех случаях анодом является алюминий (или САВ-1), который окисляется более интенсивно по сравнению с Э110 и Х18Н10Т. При окислении алюминия и САВ-1 в водной среде продукты коррозии переходят в коррозионную среду. Предварительное окисление материала катода (Э110) до толщины оксидной пленки 1—1,5 мкм практически исключает гальваническую составляющую коррозии САВ-1 в контактной паре с Э110, что подтверждается результатами измерения плотности тока коррозии и другими показателями, характеризующими надежность работы элементов и безопасность всей установки в целом. Досліджено процеси, що відбуваються в процесі контактної корозії таких конструкційних матеріалів ядерних установок, як алюміній, його сплав САВ-1 з цирконієвим сплавом Е110 і нержавіючою сталлю марки Х18Н10Т. Результати електрохімічних та автоклавних випробувань досліджуваних контактних пар показують, що в усіх випадках анодом є алюміній (або САВ-1), який окиснюється більш інтенсивно порівняно з Е110 і Х18Н10Т. У разі окиснювання алюмінію та САВ-1 у водному середовищі продукти корозії переходять у корозійне середовище. Попереднє окиснення матеріалу катода (Е110) до товщини оксидної плівки 1—1,5 мкм практично унеможливлює гальванічну складову корозії САВ-1 у контактній парі з Е110, що підтверджується результатами вимірювання щільності струму корозії та іншими показниками, які характеризують надійність роботи елементів і безпеку всієї установки в цілому. The paper presents processes occurring during contact corrosion of structural materials of nuclear facilities, namely aluminium, its alloy SAV-1 with zirconium alloy E110 and stainless steel Сh18Ni10Ti. The results of electrochemical and autoclave testing of examined contact pairs showed that in all cases the anode is aluminum (or SAV-1), which oxidizes more intensively in comparison with E110 and Сh18Ni10Ti. During of aluminum and SAV-1 oxidation in an aqueous environment, corrosion products dissolve in the corrosion environment.Pre-oxidation of cathode material (E110) to oxide film thickness 1-1.5 microns virtually eliminates galvanic corrosion component of SAV-1 in the contact pair with E110, which is confirmed by the measurement results of corrosion current density and other indicators characterizing the reliability of the elements and safety of the entire facility.
first_indexed	2025-12-07T18:58:33Z
format	Article
fulltext	24 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 3(67).2015 УДК 621.352;544.6 В. А. Зуёк, Р. А. Рудь, М. В. Третьяков, Я. А. Куштым, В. С. Красноруцкий, Т. П. Черняева, В. М. Грицина Научно-технический комплекс «Ядерный топливный цикл»  Национального научного центра «Харьковский физико- технический институт», г. Харьков, Украина Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок Исследованы  процессы,  происходящие  при  контактной  коррозии  таких  конструкционных  материалов  ядерных  установок,  как  алюми- ний,  его  сплав  САВ-1  с  циркониевым  сплавом  Э110  и  нержавеющей  сталью марки Х18Н10Т. Результаты электрохимических и автоклавных  испытаний  исследуемых  контактных  пар  показывают,  что  во  всех  случаях  анодом  является  алюминий  (или  САВ-1),  который  окисляет- ся  более  интенсивно  по  сравнению  с  Э110  и  Х18Н10Т.  При  окислении  алюминия и САВ-1 в водной среде продукты коррозии переходят в кор- розионную  среду.  Предварительное  окисление  материала  катода  (Э110)  до  толщины  оксидной  пленки  1—1,5  мкм  практически  исключа- ет  гальваническую  составляющую  коррозии  САВ-1  в  контактной  паре  с  Э110,  что  подтверждается  результатами  измерения  плотности  тока  коррозии  и  другими  показателями,  характеризующими  надежность  работы элементов и безопасность всей установки в целом. К л ю ч е в ы е   с л о в а:  контактная  коррозия,  алюминий,  САВ-1,  Э110, нержавеющая сталь, ток коррозии. В. А. Зуйок, Р. О. Рудь, М. В. Трет’яков, Я. О. Куштим, В. С. Красноруцький, Т. П. Черняєва, В. М. Грицина Контактна корозія алюмінію та його сплавів у водному середовищі ядерних установок Досліджено процеси, що відбуваються в процесі контактної корозії  таких конструкційних матеріалів ядерних установок, як алюміній, його  сплав  САВ-1  з  цирконієвим  сплавом  Е110  і  нержавіючою  сталлю  мар- ки  Х18Н10Т.  Результати  електрохімічних  та  автоклавних  випробувань  досліджуваних  контактних  пар  показують,  що  в  усіх  випадках  анодом  є  алюміній  (або  САВ-1),  який  окиснюється  більш  інтенсивно  порівня- но з Е110  і Х18Н10Т. У разі окиснювання алюмінію та САВ-1 у водному  середовищі  продукти  корозії  переходять  у  корозійне  середовище.  Попереднє  окиснення  матеріалу  катода  (Е110)  до  товщини  оксидної  плівки  1—1,5  мкм  практично  унеможливлює  гальванічну  складову  ко- розії САВ-1 у контактній парі з Е110, що підтверджується результатами  вимірювання  щільності  струму  корозії  та  іншими  показниками,  які  ха- рактеризують  надійність  роботи  елементів  і  безпеку  всієї  установки  в цілому. К л ю ч о в і   с л о в а:  контактна  корозія,  алюміній,  САВ-1,  Е110,  не- ржавіюча сталь, струм корозії. © В.А. Зуёк, Р.А. Рудь, М.В. Третьяков, Я.А. Куштым, В.С. Красноруцкий, Т.П. Черняева, В.М. Грицина, 2015 У злы и детали ядерных установок наиболее часто выполняются из таких материалов, как нержаве- ющая сталь, циркониевые и алюминиевые сплавы. Применение этих материалов обусловлено прием- лемыми ядерно-физическими и другими характе- ристиками, а также тем, что они хорошо изучены и апроби- рованы при работе в различных типах ядерных установок, бассейнах выдержки и т. д. В то же время контакт таких раз- нородных материалов, как алюминий или его сплавы с не- ржавеющей сталью или циркониевым сплавом, может приве- сти к возникновению контактной (гальванической) коррозии. Если поместить два разнородных токопроводящих ма- териала в электролит, между ними начинает протекать электрический ток, который называется током коррозии (гальваническим, анодным). Гальваническая коррозия представляет собой часть общего коррозионного процесса, протекающего на анодной стороне контактирующих мате- риалов, и имеет непосредственную связь с током коррозии по закону Фарадея [1]. При образовании гальванической пары один из металлов становится анодом; скорость его коррозии увеличивается по сравнению со скоростью кор- розии при отсутствии гальванопары. Скорость коррозии второго металла при этом замедляется [2]. При контакте алюминия или его сплавов с нержаве- ющей сталью в воде наблюдается значительное увеличе- ние скорости коррозии анода (алюминия, алюминиевого сплава), скорость же коррозии нержавеющей стали изме- няется незначительно [3]. В гальванической коррозии важную роль играет среда (в данном случае — чистота воды). Гальваническая корро- зия алюминия имеет место в бассейнах выдержки и мокрых хранилищах отработавшего ядерного топлива, когда алю- миний контактирует с нержавеющей сталью или алюмини- евыми сплавами в воде с высокой электропроводностью — более 100 мкСм/см [3, 4]. В средах, где алюминиевый сплав остается пассивным, допускается его контакт с нержа- веющими сталями. В очень чистой воде (1—3 мкСм/см) гальванические эффекты не приводят к деградации экс- плуатационной способности алюминиевых сплавов, за ис- ключением щелевой коррозии при контакте металлов, ко- торая способствует снижению водородного показателя и накоплению примесей в коррозионной среде щели [3]. Совместное применение алюминиевого и циркониевого сплавов в ядерной энергетике встречается реже. При их кон- такте коррозия сопровождается двумя явлениями: 1) уве- личением скорости коррозии алюминиевого сплава; 2) ка- тодным гидрированием циркониевого сплава [4]. Существует много доказательств того, что в случае ка- тодной поляризации как в гальванических парах (при кон- такте), так и прилагаемом потенциале, сплавы циркония подвержены значительному гидрированию. Значительное гидрирование циркониевых труб наблюдалось в тех местах исследовательского реактора Hanford K-reactor, где алю- миниевые решетки контактировали с циркониевыми тру- бами. Температура составляла около 90 °C, а охладителем была вода из р. Columbia River [5]. Гидрирование циркониевого сплава в контакте с алю- минием наблюдали в ходе экспериментов по изучению радиационного роста сплавов типа циркалой при низких температурах (около 50 °C) в воде, которые проводились в реакторе ATR в Idaho Falls (США) [6]. Согласно имеющимся литературным данным, в случае контакта алюминия или его сплавов с другими металла- ми и сплавами в водной среде с высокой электрической проводимостью нужно электрически разделить разно- родные материалы нетокопроводящим (изолирующим) ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 3(67).2015 25 Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок материалом. Это не всегда возможно при использовании контактирующих материалов непосредственно в активной зоне ректора под облучением. Цель данной работы — исследовать коррозию алюминия и его сплава САВ-1 в контакте с циркониевым сплавом Э110 и нержавеющей сталью 08Х18Н10Т в водной среде без применения изолирующих материалов; установить, ка- кой из материалов будет оказывать минимальное негатив- ное влияние на алюминий или его сплав при их контакте; определить условия, при которых использование данных контактных пар позволит минимизировать или полностью исключить гальваническую коррозию в водной среде ядер- ных установок. Материалы и методики исследования Образцы для исследований размером 9×35 мм вырезали из прутков алюминия технической чистоты, алюминиево- го сплава САВ-1, нержавеющей стали 12Х18Н10Т и цирко- ниевого сплава Э110. Для исследования контактной коррозии сплавов ис- пользовали стандартную методику погружения, кото- рая подразумевает постоянный электрический контакт между двумя разнородными металлами, частично погру- женными в электролит. Значения потенциалов приведены по отношению к стандартному водородному электроду. Стационарные потенциалы образцов измеряли по отношению к хлор- серебряному электроду сравнения в 3 % растворе NaCl при температуре 25 °С. Для приготовления раствора ис- пользовали химически обессоленную воду с проводимо- стью 0,25 мкСм/см. Соотношение площадей поверхности контактирующих металлов и сплавов составляло 1:1. Автоклавные коррозионные испытания проводили при атмосферном давлении в химически обессоленной воде с проводимостью 0,25 мкСм/см при температуре 50 °С и в воде с добавкой NaCl при 25 °С. Водородный по- казатель (рН) среды при комнатной температуре составлял 7,2. После каждого цикла испытаний образцы извлекали для взвешивания, коррозионную среду заменяли на све- жеприготовленную, так как в течение испытаний прово- димость ее увеличивалась почти на два порядка и на дне сосуда автоклава имелось незначительное количество кол- лоидного осадка. Результаты экспериментов Определение стационарных потенциалов исследуемых материалов в водном растворе NaCl. При исследовании гальванической коррозии необходимо определить значе- ние стационарного потенциала, так как именно он от- ражает склонность контактируемых металлов к гальва- нической коррозии. Значение стационарного потенциала зависит от вида материала (его химического состава), об- работки поверхности и среды, в которой он определяется. В начальный момент погружения материалов в 3 % вод- ный раствор NaCl стационарный потенциал как САВ-1, так и Х18Н10Т более отрицательный. Через 1—3 мин его значение возрастает до стационарного и при дальнейшей выдержке в данных условиях меняется слабо (рис. 1). В случае контакта сплава САВ-1 и стали Х18Н10Т их потенциалы благодаря поляризации сближаются, а ток коррозии со временем уменьшается, но при этом отличен от нулевого значения (рис. 2). Электрический ток, кото- рый протекает в гальванической цепи, имеет большое значение, так как именно он характеризует количествен- ный показатель, описывающий изменение массы образца при коррозии. Согласно полученным данным, алюминий и сплав САВ-1 с более высоким отрицательным значением стан- дартного электродного потенциала, окисляясь более ин- тенсивно, чем металл с более низким отрицательным или положительным значением стандартного электродно- го потенциала и, находясь в контакте с этим металлом, бу- дут служить анодом. Отметим, что один и тот же материал Э110 с неокисленной и окисленной поверхностью имеет разный потенциал: Материал Al САВ-1 Х18Н10Т Э110 Э110(ок) Стационарный потенциал сплавов в 3 % растворе NaCl при 25 °С по отношению к хлор-серебряному электроду, В* –1,03 –0,75 0 –0,5 +0,05 Рис. 2. Зависимость потенциалов и плотности тока коррозии контактной пары САВ-1+Х18Н10Т от времени испытания в 3 % растворе NaCl при 25 °С П л о тн о с ть т о к а , м к А /с м 2 П о те н ц и а л , В Рис. 1. Зависимость потенциалов САВ-1 и Х18Н10Т от времени испытания в 3 % растворе NaCl при 25 °С П о те н ц и а л , В Время, мин Время, мин 26 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 3(67).2015 В. А. Зуёк, Р. А. Рудь, М. В. Третьяков, Я. А. Куштым, В. С. Красноруцкий, Т. П. Черняева, В. М. Грицина При контакте алюминиевого сплава с нержавеющей сталью плотность тока коррозии наибольшая (табл. 1), со- ответственно и гальваническая составляющая в общей коррозии алюминиевого сплава будет высокой. При кон- такте со сплавом Э110, предварительно окисленным (Э110(ок)) до толщины оксидной пленки около 5 мкм, ток коррозии в цепи не зафиксирован (рис. 3). Это свидетель- ствует об отсутствии гальванической коррозии, а значит, и вклад её в общую коррозию алюминиевого сплава в 3 % растворе NaCl будет пренебрежимо мал. Таблица 1. Средняя скорость Sср и средняя плотность тока і коррозии исследуемых контактных пар при 25 °С Показатель Контактные пары САВ-1+Х18Н10Т САВ-1+Э110 САВ-1+Э110(ок) Sср., мг/(дм2∙ч) 1,4 0,4 0,3 i, мкА/см2 16 1,1 0 Так как гальваническая коррозия представляет собой электрохимический процесс, роль электродов в котором играют исследуемые материалы, а коррозионная среда — электролит, для которого характерно наличие ионной проводимости, то возникает вопрос о зависимости плот- ности тока коррозии от чистоты воды. К интенсивному увеличению плотности тока корро- зии приводит повышение концентрации NaCl до 0,1 %. При более высоких концентрациях NaCl плотность тока увеличивается менее интенсивно (рис. 4). Кинетика коррозии исследуемых материалов без взаим- ного контакта. Наиболее высокая скорость коррозии ха- рактерна для алюминия. Скорость коррозии алюминие- вого сплава САВ-1 немного ниже, а циркониевый сплав Э110 и нержавеющая сталь марки Х18Н10Т практически не окисляются в данных условиях. При 50 °С, после экспозиции алюминия более 150— 200 ч (рис. 5), коррозия алюминия и переход продуктов его коррозии в коррозионную среду выходят на установив- шуюся стадию, что на графике зависимости массы образ- цов от времени описывается практически прямой линией (квазилинейной зависимостью). Кинетика коррозии исследуемых материалов при их кон- такте. В случае контакта алюминия с предварительно окис- ленным циркониевым сплавом Э110(ок) скорость коррозии алюминия при температуре 50 °С практически совпадает со скоростью коррозии алюминия без контакта (рис. 6). При экспозиции более 150 ч скорость коррозии алюминия, полученная по гравиметрическим данным, как без кон- такта, так и в контактной паре, выходит на одинаковый уровень (параллельные участки на рис. 6). Исходя из гравиметрических данных, приведен- ных на рис. 6, может возникнуть ошибочное мнение, что при контакте алюминия с Э110 и Х18Н10Т скорость коррозии алюминия снижается. Однако необходимо учиты- вать, что при гальванической коррозии процесс окисления сопровождается усиленным переходом продуктов корро- зии в коррозионную среду, что, в соответствии с гравиме- трическими данными, выражается меньшими привесами (даже по сравнению с тем, когда алюминий без контакта). Рис. 3. Зависимость плотности тока коррозии от времени испытания при 25 °С различных материалов в контакте с САВ-1 Рис. 4. Зависимость плотности тока коррозии в контактных парах Al+Х18Н10Т, Al+Э110 и Al+Э110(ок) от концентрации NaCl при температуре 25 °С Рис. 5. Зависимость изменения массы образцов Al, САВ-1, Э110 и Х18Н10Т от времени испытания в химически обессоленной воде с исходной проводимостью 0,25 мкСм/см при температуре 50 °С И з м е н е н н и е м а с с ы , м г/ д м 2 П л о тн о с ть т о к а , м к А /с м 2 П л о тн о с ть т о к а , м к А /с м 2 Время, мин Время, ч Концентрация NaCl, % ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 3(67).2015 27 Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок Это доказано дополнительными экспериментами в хими- чески обессоленной воде с добавкой коррозионноактивной примеси NaCl (рис. 7). В химически обессоленную воду после 140 ч испыта- ний добавлен 1 % NaCl. В 1 % растворе NaCl алюминий без контакта окисляется с увеличением массы (рис. 7), при этом наблюдается значительный переход продуктов коррозии в коррозионную среду, что выражается в при- сутствии светло-серого осадка на дне сосуда автоклава. Увеличение массы исследуемых образцов связано с тем, что скорость растворения продуктов коррозии не на- столько высока, чтобы полностью компенсировать скорость коррозии. В контактной паре Al+Х18Н10Т этого не наблю- далось. Интенсивное растворение материала анода имело место в средах с добавлением 0,1 % и 0,01 % NaCl (рис. 8). Дальнейшие исследования показали, что во всех средах с добавлением NaCl коррозия контактных пар Al+Х18Н10Т сопровождалась значительным переходом продуктов кор- розии в коррозионную среду. Более того, согласно полу- ченным результатам (рис. 7), переход продуктов коррозии в коррозионную среду может происходить как на стадии образования оксида, так и при растворении образовавшей- ся оксидной пленки. В сосудах, где проходили испытания Al без контакта, переход продуктов минимальный и при малом времени од- ного цикла экспозиции практически не заметен (не влияет на прозрачность коррозионной среды). Среда после испы- таний Al была прозрачной, на дне сосуда не было колло- идного осадка. На образце контактной пары Al+Х18Н10Т присутст- вуют многочисленные локальные коррозионные проявле- ния — питтинги (рис. 9). Рис. 6. Зависимость изменения массы образцов Al, Э110, Э110(ок) и Х18Н10Т в контакте с алюминием от времени испытаний в химически обессоленной воде с исходной проводимостью 0,25 мкСм/см при температуре 50 °С Рис. 9. Внешний вид образцов Al (слева) и Al+Х18Н10Т (справа) после окисления в 0,01 % NaCl на протяжении 150 ч И з м е н е н н и е м а с с ы , м г/ д м 2 Время, ч Рис. 8. Зависимости изменения массы образцов Al и контактной пары Al+Х18Н10Т от времени испытания в водном растворе с 0,1 % NaCl и в 0,01 % растворе NaCl при температуре 25 °С И з м е н е н н и е м а с с ы , м г/ д м 2 Время, ч Рис. 7. Зависимости изменения массы образцов Al, Х18Н10Т и контактной пары Al+Х18Н10Т от времени испытания в химически обессоленной воде с проводимостью 0,25 мкСм/ см и в 1 % растворе NaCl при температуре 25 °С И з м е н е н н и е м а с с ы , м г/ д м 2 Время, ч 28 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 3(67).2015 В. А. Зуёк, Р. А. Рудь, М. В. Третьяков, Я. А. Куштым, В. С. Красноруцкий, Т. П. Черняева, В. М. Грицина Выбор оптимальной толщины защитной оксидной пленки на Э110 для использования в контакте с САВ-1 в водной среде. Как известно, скорость растворения анода зависит от разности потенциалов между катодом и анодом и оп- ределяется плотностью тока коррозии. При уменьшении плотности тока коррозии снижается влияние гальваниче- ской составляющей в процессе коррозии анода (САВ-1). Для выбора оптимальной толщины оксидной пленки на катоде (циркониевый сплав Э110) были изготовлены об- разцы с толщиной оксидной пленки от 0 до 1,8 мкм, после чего — контактные пары САВ-1+Э110(ок). В начале испытания при контакте САВ-1 с Э110 плотность тока коррозии имеет наибольшее значе- ние. Со временем испытания его значение уменьшается до стационарного (рис. 10). При контакте САВ-1 и не- окисленного Э110 плотность тока коррозии наибольшая. Предварительное окисление Э110 приводит к снижению скорости коррозии САВ-1 в контактной паре. Для опреде- ления влияния толщины оксидной пленки катода (Э110) на скорость коррозии анода (САВ-1) в контактной паре построена зависимость плотности стационарного тока коррозии от расчетной толщи ны оксидной пленки на ка- тоде (рис. 11). Плотность тока коррозии наибольшая при контак- те сплава САВ-1 с неокисленным сплавом Э110 (рис. 11). С увеличением толщины оксидной пленки на сплаве Э110 плотность тока коррозии уменьшается. При толщине ок- сидной пленки 1—1,5 мкм плотность тока невозможно зафиксировать измерительными приборами, которые ис- пользовались в данном исследовании. Из полученных результатов следует, что предваритель- ное окисление материала катода (Э110) до толщины ок- сидной пленки 1—1,5 мкм почти полностью исключает гальваническую составляющую коррозии сплава САВ-1 в контактной паре САВ-1+Э110. Также проведены автоклавные испытания указанных контактных пар в химически обессоленной воде (рис. 12), причем показателем коррозии является изменение массы образцов сплава САВ-1. Наименьший привес фиксировался на САВ-1 в контак- те с неокисленным Э110 (рис. 12). С увеличением толщины оксидной пленки на Э110 привес на САВ-1 увеличивается. При достижении толщины оксидной пленки 1—1,5 мкм на Э110 привес САВ-1 практически не отличается от при- веса при коррозии САВ-1 без контакта. Следовательно, предварительное окисление материала катода (Э110) до толщины оксидной пленки 1—1,5 мкм практически ис- ключает гальваническую составляющую коррозии САВ-1 в контактной паре САВ-1+Э110, что совпадает с результа- тами измерения плотности тока коррозии. Обсуждение результатов Анализ результатов исследований и систематизация литературных данных показывают, что совместимость конструкционных материалов ядерных установок, таких как алюминий или его сплавы с цирконием и нержа- веющей сталью, в значительной степени определяется электрохимической (контактной или гальванической) коррозией. Рис. 11. Зависимость плотности тока коррозии контактных пар САВ-1+Э110 от толщины оксидной пленки на Э110 в 1 % водном растворе NaCl при температуре 25 °С Рис. 12. Изменение массы образцов САВ-1+Э110 с разной толщиной оксидной пленки в зависимости от времени испытания в химически обессоленной воде с исходной проводимостью 0,25 мкСм/см при 50 °С П л о тн о с ть т о к а , м к А /с м 2 Рис. 10. Зависимость плотности тока коррозии контактной пары САВ-1+Э110 от времени испытаний в 1 % растворе NaCl при температуре 25 °С П л о тн о с ть т о к а , м к А /с м 2 Время, мин Расчетная толщина оксидной пленки, мкм Расчетная толщина оксидной пленки, мкм И з м е н е н н и е м а с с ы , м г/ д м 2 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 3(67).2015 29 Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок В данной работе для образцов исследуемых нами мате- риалов (Al, САВ-1, Э110, Х18Н10Т) с механически полиро- ванной поверхностью определен стационарный потенциал в 3 % растворе NaCl при 25 °С по отношению к хлор- серебряному электроду сравнения. Исходя из полученных данных, в воде при контакте алюминия и алюминиево- го сплава САВ-1 с нержавеющей сталью и циркониевым сплавом Э110 анодом служит алюминий (и сплав САВ-1), и он будет окисляться значительно быстрее, а катодом — нержавеющая сталь или сплав Э110. Контактная пара Al+Э110(ок) имеет большую разность потенциалов, и, со- ответственно, должна быть более склонна к контактной коррозии, но результаты проведенных экспериментов ука- зывают на обратное. Гальванический потенциал является характеристикой склонности металлов (сплавов) к гальванической корро- зии, при этом важна также информация о плотности элек- трического тока, протекающего между разнородными ме- таллами (сплавами) [7]. Результаты измерения плотности тока коррозии (рис. 3, табл. 1) показали, что несмотря на самую большую разность потенциалов для контактной пары САВ-1+Э110(ок) плот- ность тока коррозии настолько мала, что ее невозможно зафиксировать доступными измерительными приборами. Соответственно, и гальваническая составляющая в об- щей коррозии САВ-1 будет пренебрежимо мала. Контакт САВ-1 с нержавеющей сталью в водной среде вызывает более интенсивную коррозию анода, чем его контакт со сплавом Э110. Плотность тока коррозии для контакт- ной пары САВ-1+Х18Н10Т составляет 16 мкА/см2, а для САВ-1+Э110 — 1 мкА/см2. Следовательно, в ядерных установках, где неизбежен контакт разнородных материа- лов, предпочтительнее использовать циркониевый сплав Э110, а не нержавеющую сталь. Согласно результатам проведенных исследований, кор- розия алюминия и его сплавов без контакта и в контакте очень чувствительна к составу коррозионной среды. В хи- мически обессоленной воде с проводимостью 0,25 мкСм/см вклад гальванической составляющей в общую коррозию алюминиевого сплава незначителен. С ухудшением каче- ства воды (при добавке коррозионно активных примесей в воду около 0,01 % NaCl) преобладает гальваническая со- ставляющая коррозии. Коррозия в такой среде протекает с образованием питтингов. Однако, несмотря на столь малую плотность тока кор- розии для контактной пары САВ-1+Э110, гальваническая составляющая коррозии присутствует. Исходя из имею- щихся литературных сведений, контакт алюминиевого сплава с циркониевым сплавом в водной среде вызывает два негативных явления: гальваническую коррозию, ко- торая сопровождается ускоренным растворением алюми- ниевого сплава, и катодное гидрирование циркониевого сплава [3—5]. Чтобы избежать этого, необходимо либо ис- пользовать чистую воду, что в ядерных установках от- крытого типа не всегда возможно, либо электрически разделить разнородные материалы нетокопроводящим (изолирующим) материалом. Проведенные исследования показали, что при испыта- нии контактных пар САВ-1+Э110 наличие на образце Э110 оксидной пленки приводит к снижению плотности тока коррозии до нуля, а исходя из гравиметрических данных, полученных при автоклавных испытаниях, скорость кор- розии САВ-1 в контакте с Э110(ок) соответствует скорости коррозии САВ-1 без контакта. Определена минимальная толщина оксидной пленки на сплаве Э110, которая позволяет минимизировать галь- ваническую коррозию. Экспериментальные данные, по- лученные при автоклавных коррозионных испытаниях контактных пар в химически обессоленной воде при тем- пературе 50 °С, указывают на то, что предварительное окисление материала катода (сплава Э110) до толщины оксидной пленки 1—1,5 мкм практически исключает галь- ваническую составляющую коррозии САВ-1 в контактной паре САВ-1+Э110, что совпадает с результатами измерения плотности тока коррозии. Выводы 1. При проведении электрохимических и автоклав- ных испытаний алюминия и его сплава САВ-1 в контак- те с циркониевым сплавом Э110 и нержавеющей сталью марки Х18Н10Т показано, что во всех случаях анодом является алюминий или САВ-1, который окисляется бо- лее интенсивно. При коррозии алюминия и САВ-1 в вод- ной среде продукты коррозии переходят в коррозионную среду. 2. Результаты электрохимических исследований ука- зывают на наличие тока коррозии в контактных парах САВ-1+Х18Н10Т и САВ-1+Э110. Плотность тока кор- розии составляет около 16 и 1 мкА/см2 соответственно, что свидетельствует о протекании гальванической кор- розии. Следовательно, в ядерных установках, где неизбе- жен контакт разнородных материалов, предпочтительнее использовать циркониевый сплав Э110, а не нержавею- щую сталь. В контактной паре САВ-1 с предварительно окисленным Э110 ток коррозии настолько мал, что его невозможно зафиксировать измерительными приборами. Предварительное окисление материала катода (сплава Э110) позволило минимизировать или даже исключить гальваническую составляющую коррозии (САВ-1 уже не будет играть роль интенсивно растворяющегося анода) в течение длительного времени эксплуатации в водном теплоносителе. Предварительное окисление сплава Э110 позволило сохранить его устойчивое пассивное состояние при отклонениях разного уровня от основных показателей качества водного теплоносителя. 3. На основании экспериментальных данных, полу- ченных при автоклавировании контактных пар в хими- чески обессоленной воде при температуре 50 °С, можно утверждать, что предварительное окисление материала катода (сплава Э110) до толщины 1—1,5 мкм практиче- ски исключает гальваническую составляющую коррозии САВ-1 в контактной паре САВ-1+Э110. Это утвержде- ние совпадает с результатами измерения плотности тока коррозии. 4. Использование алюминиевого сплава САВ-1 в кон- такте с циркониевом сплавом Э110 в водной среде без зна- чительного увеличения скорости коррозии САВ-1 возможно только в химически обессоленной воде с низкой электри- ческой проводимостью. В случае использования среды с более высокой электрической проводимостью необхо- димо электрически разделить разнородные материалы не- токопроводящим (изолирующим) материалом или на один из материалов нанести защитное покрытие, которое не поз- волит гальваническому току проходить через коррозион- ную среду. 30 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 3(67).2015 В. А. Зуёк, Р. А. Рудь, М. В. Третьяков, Я. А. Куштым, В. С. Красноруцкий, Т. П. Черняева, В. М. Грицина Список использованной литературы 1. Revie, R. W. (editor). (2011), Uhlig’s corrosion handbook. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 1296 p. 2. Davis, J.R. (editor). (2000), Corrosion: Understanding the basics. ASM International, Materials Park, Ohio, 563 p. 3. IAEA-TECDOC-1343. (2003), Spent fuel performance assessment and research. Final report of a Coordinated Research Project on Spent Fuel Performance Assessment and Research (SPAR) 1997–2001. IAEA, Vienna, 123 р. 4. IAEA-TECDOC-1012, (1998), Durability of spent nuclear fuels and facility components in wet storage. IAEA, Vienna, 91 p. 5. Johnson, A.B., (1977), «Behaviour of Spent Nuclear Fuel in Water Pool Storage», PNL, Technical Report BNWL-2256 UC70, Richland, Washington. 6. Bratsch, S.G. (1989), «Standard electrode potential and temperature coefficients in water at 298.15 K», Journal of Physical and Chemical Reference Data, vol. 18, № 1, pp. 1—21. 7. Cheremisinoff, N.P., (1996), Materials selection deskbook, Noyes Publications, New Jersey, 191 p. References 1. Revie, R.W. (editor), (2011), “Uhlig’s Corrosion Handbook”. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 1296 p. 2. Davis, J.R. (editor), (2000), “Corrosion: Understanding the Basics”. ASM International, Materials Park, Ohio, 563 p. 3. IAEA-TECDOC-1343. (2003), “Spent Fuel Performance Assessment and Research”. Final Report of a Coordinated Research Project on Spent Fuel Performance Assessment and Research (SPAR) 1997–2001. IAEA, Vienna, 123 р. 4. IAEA-TECDOC-1012, (1998), “Durability of Spent Nuclear Fuels and Facility Components in Wet Storage”. IAEA, Vienna, 91 p. 5. Johnson, A.B., (1977), “Behaviour of Spent Nuclear Fuel in Water Pool Storage”, PNL, Technical Report BNWL-2256 UC70, Richland, Washington, 104 р. 6. Bratsch, S.G. (1989), “Standard Electrode Potential and Temperature Coefficients in Water at 298.15 K”, Journal of Physical and Chemical Reference Data, vol. 18, No. 1, pp. 1–21. 7. Cheremisinoff, N.P., (1996), “Materials Selection Deskbook”, Noyes Publications, New Jersey, 191 p. Получено 21.04.2015.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105002
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	2073-6231
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:58:33Z
publishDate	2015
publisher	Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України
record_format	dspace
spelling	Зуёк, В.А. Рудь, Р.А. Третьяков, М.В. Куштым, Я.А. Красноруцкий, В.С. Черняева, Т.П. Грицина, В.М. 2016-08-04T16:54:28Z 2016-08-04T16:54:28Z 2015 Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок / В.А. Зуёк, Р.А. Рудь, М.В. Третьяков, Я.А. Куштым, В.С. Красноруцкий, Т.П. Черняева, В.М. Грицина // Ядерна та радіаційна безпека. — 2015. — № 3. — С. 24-30. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2073-6231 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105002 621.352;544.6 Исследованы процессы, происходящие при контактной коррозии таких конструкционных материалов ядерных установок, как алюминий, его сплав САВ-1 с циркониевым сплавом Э110 и нержавеющей сталью марки Х18Н10Т. Результаты электрохимических и автоклавных испытаний исследуемых контактных пар показывают, что во всех случаях анодом является алюминий (или САВ-1), который окисляется более интенсивно по сравнению с Э110 и Х18Н10Т. При окислении алюминия и САВ-1 в водной среде продукты коррозии переходят в коррозионную среду. Предварительное окисление материала катода (Э110) до толщины оксидной пленки 1—1,5 мкм практически исключает гальваническую составляющую коррозии САВ-1 в контактной паре с Э110, что подтверждается результатами измерения плотности тока коррозии и другими показателями, характеризующими надежность работы элементов и безопасность всей установки в целом. Досліджено процеси, що відбуваються в процесі контактної корозії таких конструкційних матеріалів ядерних установок, як алюміній, його сплав САВ-1 з цирконієвим сплавом Е110 і нержавіючою сталлю марки Х18Н10Т. Результати електрохімічних та автоклавних випробувань досліджуваних контактних пар показують, що в усіх випадках анодом є алюміній (або САВ-1), який окиснюється більш інтенсивно порівняно з Е110 і Х18Н10Т. У разі окиснювання алюмінію та САВ-1 у водному середовищі продукти корозії переходять у корозійне середовище. Попереднє окиснення матеріалу катода (Е110) до товщини оксидної плівки 1—1,5 мкм практично унеможливлює гальванічну складову корозії САВ-1 у контактній парі з Е110, що підтверджується результатами вимірювання щільності струму корозії та іншими показниками, які характеризують надійність роботи елементів і безпеку всієї установки в цілому. The paper presents processes occurring during contact corrosion of structural materials of nuclear facilities, namely aluminium, its alloy SAV-1 with zirconium alloy E110 and stainless steel Сh18Ni10Ti. The results of electrochemical and autoclave testing of examined contact pairs showed that in all cases the anode is aluminum (or SAV-1), which oxidizes more intensively in comparison with E110 and Сh18Ni10Ti. During of aluminum and SAV-1 oxidation in an aqueous environment, corrosion products dissolve in the corrosion environment.Pre-oxidation of cathode material (E110) to oxide film thickness 1-1.5 microns virtually eliminates galvanic corrosion component of SAV-1 in the contact pair with E110, which is confirmed by the measurement results of corrosion current density and other indicators characterizing the reliability of the elements and safety of the entire facility. ru Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України Ядерна та радіаційна безпека Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок Контактна корозія алюмінію та його сплавів у водному середовищі ядерних установок Contact Corrosion of Aluminum and its Alloys in Aqueous Environment of Nuclear Facilities Article published earlier
spellingShingle	Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок Зуёк, В.А. Рудь, Р.А. Третьяков, М.В. Куштым, Я.А. Красноруцкий, В.С. Черняева, Т.П. Грицина, В.М.
title	Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок
title_alt	Контактна корозія алюмінію та його сплавів у водному середовищі ядерних установок Contact Corrosion of Aluminum and its Alloys in Aqueous Environment of Nuclear Facilities
title_full	Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок
title_fullStr	Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок
title_full_unstemmed	Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок
title_short	Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок
title_sort	контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105002
work_keys_str_mv	AT zuekva kontaktnaâkorroziâalûminiâiegosplavovvvodnoisredeâdernyhustanovok AT rudʹra kontaktnaâkorroziâalûminiâiegosplavovvvodnoisredeâdernyhustanovok AT tretʹâkovmv kontaktnaâkorroziâalûminiâiegosplavovvvodnoisredeâdernyhustanovok AT kuštymâa kontaktnaâkorroziâalûminiâiegosplavovvvodnoisredeâdernyhustanovok AT krasnoruckiivs kontaktnaâkorroziâalûminiâiegosplavovvvodnoisredeâdernyhustanovok AT černâevatp kontaktnaâkorroziâalûminiâiegosplavovvvodnoisredeâdernyhustanovok AT gricinavm kontaktnaâkorroziâalûminiâiegosplavovvvodnoisredeâdernyhustanovok AT zuekva kontaktnakorozíâalûmíníûtaiogosplavívuvodnomuseredoviŝíâdernihustanovok AT rudʹra kontaktnakorozíâalûmíníûtaiogosplavívuvodnomuseredoviŝíâdernihustanovok AT tretʹâkovmv kontaktnakorozíâalûmíníûtaiogosplavívuvodnomuseredoviŝíâdernihustanovok AT kuštymâa kontaktnakorozíâalûmíníûtaiogosplavívuvodnomuseredoviŝíâdernihustanovok AT krasnoruckiivs kontaktnakorozíâalûmíníûtaiogosplavívuvodnomuseredoviŝíâdernihustanovok AT černâevatp kontaktnakorozíâalûmíníûtaiogosplavívuvodnomuseredoviŝíâdernihustanovok AT gricinavm kontaktnakorozíâalûmíníûtaiogosplavívuvodnomuseredoviŝíâdernihustanovok AT zuekva contactcorrosionofaluminumanditsalloysinaqueousenvironmentofnuclearfacilities AT rudʹra contactcorrosionofaluminumanditsalloysinaqueousenvironmentofnuclearfacilities AT tretʹâkovmv contactcorrosionofaluminumanditsalloysinaqueousenvironmentofnuclearfacilities AT kuštymâa contactcorrosionofaluminumanditsalloysinaqueousenvironmentofnuclearfacilities AT krasnoruckiivs contactcorrosionofaluminumanditsalloysinaqueousenvironmentofnuclearfacilities AT černâevatp contactcorrosionofaluminumanditsalloysinaqueousenvironmentofnuclearfacilities AT gricinavm contactcorrosionofaluminumanditsalloysinaqueousenvironmentofnuclearfacilities

Контактная коррозия алюминия и его сплавов в водной среде ядерных установок

Репозитарії

Схожі ресурси