高精鋁材抗蝕性在核反應堆中表現出眾
2015-04-02 10:48:24
作者:溫蕊來源:=$docheckrep[1]?ReplaceBefrom($ecms_gr[befrom]):$ecms_gr[befrom]?>
在核工業中鋁及鋁合金主要用作低、中溫水堆(石墨水生產堆、實驗研究水堆及某些重水實驗堆)燃料元件的包殼、工藝管、輔助管道及其他結構材料等。工業純鋁在溫度為100℃~130℃的水冷反應堆中得到廣泛的應用。
反應堆鋁材應具備的特性
鋁材之所以在反應堆中得到廣泛應用,除了它具有眾所周知的優良性能外,在核工程性能方面還有一些特異的性能:對熱中子的吸收截面小,為0.22×10-24cm2,僅比鈹、鎂、鋯的大一些,而比其他金屬的小得多,因此,鋁是性價比優秀的上等材料;輻照感應放射能衰減快,高純鋁在停止輻照后一周內,放射能就急劇下降;反應堆壁濺蝕小,在175℃以下耐輻照,輻照損失小,空穴率低。
在反應堆中,作為熱交換介質的水所引起的腐蝕比常規熱電站中的嚴重得多。一般說來,鋁材在50℃以下的水中發生點蝕,在50℃~250℃水中以均勻腐蝕為主,在300℃以上水中則發生晶間腐蝕。
實踐證明:選用耐點蝕的鋁合金;提高鋁合金純度,以免產生陽級性的夾雜物;提高堆用水純度,嚴格控制水中有害離子含量都是提高鋁材耐點蝕的有效措施。此外,對鋁材進行陽極氧化處理也能提高其對點蝕的抵抗能力,不過水的溫度不能高于100℃,否則效果不佳。
作為元件包殼或工藝管的鋁材,在加工、運輸與安裝過程中,其表面都不可避免地會產生種種避部損傷,如劃痕、碰傷、氧化膜缺陷等,它們加速陰極去極化反應,也易使電位比在核工業中鋁及鋁合金主要用作低、中溫水堆(石墨水生產堆、實驗研究水堆及某些重水實驗堆)燃料元件的包殼、工藝管、輔助管道及其他結構材料等。工業純鋁在溫度為100℃~130℃的水冷反應堆中得到廣泛的應用。鋁的更正的重金屬在此處沉積,從而加速鋁陰極的離子溶解作用,加速腐蝕。但只要損傷深度不超過一定值(低溫水堆用的鋁材的容許安全值為0.15mm~0.30mm),不會引起異常的加速腐蝕,在低溫水堆的特定條件下,可安全使用。
日本核反應堆
1965年以前中國所需的工藝管全部從蘇聯引進,1958年哈爾濱鋁加工廠(現在的東北輕合金有限責任公司)開始二期項目建設,其中有工藝管車間,有成磁療的軋管、精整、陽極氧化設備,原為蘇聯緩建項目,后由于蘇聯中止援助,中途一度停建,爾后自力更生建設,1965年才建成投產,設計生產能力50t/a。1966年生產工藝管4934根,33t,管的外徑43mm,內徑41mm,當時的合金牌號為LT24。后來又在西北鋁加工廠建了一個工藝管車間,所以現在中國可生產工藝管的企業有2個。
在中溫水中,鋁主要發生均勻腐蝕。因此,水中的離子對其腐蝕的影響不像低溫時那樣顯著與敏感,而合金成分、晶粒大小與組織狀態卻起著較大的作用。在6xxx系合金中,最好不存在過剩的Si相。向合金中同時加入Fe及Ni(0.3%~0.4%),并使其質量比為1,以形成氫超電壓較低的Al9FeNi相,可提高合金的抗腐蝕性。因為有Al9FeNi相存在時,氫可以從其質點處逸出,鋁基地不會產生陰極反應。
在高于130℃的動水中,陽極化膜易剝落,不耐腐蝕,但預生氧化膜(材料使用前,將其置于一定溫度的高純靜水中一定的時間所形成氧化膜)可提高合金的抗中、高溫動水腐蝕的能力。
對堆用鋁材危害最大的是晶間腐蝕,是由晶界區和晶粒基體之間的電位差引起的。因此,凡能降低這種電位差的措施都能提高合金抗晶間腐蝕的能力。
防止鋁材晶間腐蝕極有效的措施是向鋁中添加一定量的Fe與Ni,使之形成氫超電壓較低的陰極相Al3Fe、Al3Ni與Al9FeNi等。這就是中、高溫堆用鋁材大都含有一定量的Ni與Fe的緣故。向Al-Mg-Si合金添加一定量的Cu也能提高合金抗晶間腐蝕的能力。
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標簽: 高精鋁材
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