Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Salimi jazi,Kaivan Raissi,Mohmmad ali Golozar
حمیدرضا سلیمی جزی (استاد مشاور) کیوان رئیسی (استاد راهنما) محمدعلی گلعذار (استاد راهنما)
 
STUDENT
Iman Momeni
ایمان مومنی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Evaluation of hot corrosion behaviour of zirconium alloys in molten nitrate salts
The most important application of zirconium and its alloys is in nuclear reactors, thus the corrosion behavior of zirconium at high temperature in the vicinity of reactors coolant is of particular importance. One of the reactors coolant are molten nitrate salt that in a wide range of temperatures in the high temperature are used in liquid form. In this study , the corrosion behavior of the high temperature of Zircaloy II alloy investigated by electrochemical polarization test, electrochemical impedance spectroscopy test and Mott–Schottky test in molten eutectic sodium nitrate / potassium nitrate. For this purpose, an electrochemical cell was equipped with a heating system. Sodium nitrate and potassium nitrate salts eutectic ratio of 50:50 (eutectic conditions) was used as the electrolyte. Polarization tests to evaluate the corrosion behavior of Zircaloy II alloy were performed in the electrolyte at four temperatures, 250, 300, 350 and 400°C and Inhibitory effect of K 2 CrO 4 and NaNO 2 were studied at 350°C. also the corrosion behavior of zirconium alloy was compared with the corrosion behavior of 304 stainless steel at 350°C. In order to identify potential properties of the passive layer and the their differences, electrochemical impedance spectroscopy tests were performed and in two potential -0.2 and +0.2V at 350°C. Mott - Schottky tests were performed in three ranges of potential in the passive area at 250 and 350°C. by polarization curves for Zircaloy II alloy was concluded passive conditions at four temperatures reach above it and it was found that corrosion potential, corrosion current density and passive current density increases with increasing temperature. Corrosion behavior of zirconium alloy in molten salt eutectic of sodium nitrite / potassium nitrate was better than 304 stainless steel, because the passive current density of the zirconium sample was lower. K 2 CrO 4 inhibitor Indicated most effective in reducing the corrosion rate and passive current density in lower concentration, but inhibition efficiency of NaNO 2 was higher. By Mott-Schottky curves determined that passive layer is changing near the zero potential than reference electrode silver / silver nitrate and the type-p semiconductor is converted to n-type semiconductor, therefore the slope of the polarization curves changes in the vicinity of this potential. the slope of Mott-Schottky diagrams in temperature 250°C was higher than the temperature 350°C due to the lower number of anionic and cationic vacancies. The difference of anionic and cationic vacancies causes changing passive layer properties and samples color after polarization tests at different temperatures. Electrochemical impedance spectroscopy curves showed that the increasing potential (-0.2 to +0.2V) increase thickness of passive layer. By anodic branches of the polarization curves was observed the anodic dissolution mechanism change by changing the oxidation state of zirconium from Zr 2+ to Zr 4+ . Keywords: Zirconium alloys , Hot corrosion , Nitrate salts
مهم ترین کاربرد زیرکونیم و آلیاژهای آن در رآکتورهای هسته ای است، لذا بررسی رفتار خوردگی زیرکونیم در دمای بالا در مجاورت خنک کننده ی رآکتورها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از خنک کننده های رآکتورها، نمک های مذاب نیتراتی هستند که در دمای بالا در گستره ی وسیعی از دما به صورت مایع کاربرد دارند. در این پژوهش، رفتار خوردگی دمای بالای آلیاژ Zircaloy II در مذاب یوتکتیکی نیترات سدیم/نیترات پتاسیم به کمک آزمون های الکتروشیمیایی پلاریزاسیون تافل، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و موت-شاتکی بررسی شده است. بدین منظور، یک سل الکتروشیمیایی مجهز به سیستم حرارت دهی ساخته شد. یوتکتیک نمک های نیترات سدیم و نیترات پتاسیم با نسبت50 :50 (شرایط یوتکتیک) به عنوان الکترولیت مورد استفاده قرار گرفت. آزمون های پلاریزاسیون تافل جهت بررسی رفتار خوردگی آلیاژ Zircaloy II در الکترولیت مذکور و در چهار دمای 250، 300، 350 و °C 400 انجام گرفتند و نقش دو بازدارنده ی K 2 CrO 4 و NaNO 2 در دمای °C 350 مورد بررسی قرار گرفت. هم چنین رفتار خوردگی آلیاژ زیرکونیم در دمای °C 350 با رفتار خوردگی فولاد زنگ نزن 304 مقایسه شد. به منظور تشخیص خواص لایه های پاسیو در پتانسیل های مختلف و تفاوت آن ها، آزمون های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در دمای °C 350 و در دو پتانسیل 2/0- و V 2/0+ انجام شدند و آزمون های موت-شاتکی در دماهای 250 و °C 350 در سه محدوده ی پتانسیلی در ناحیه ی پاسیو انجام گرفتند. از منحنی های پلاریزاسیون تافل احراز شرایط پاسیو برای آلیاژ Zircaloy II در چهار دمای ذکر شده استنباط شد و مشخص شد که با افزایش دما، پتانسیل خوردگی، دانسیته ی جریان خوردگی و دانسیته ی جریان پاسیواسیون افزایش می یابند. رفتار خوردگی آلیاژ زیرکونیم درون نمک مذاب یوتکتیک نیترات سدیم/ نیترات پتاسیم، بهتر از فولاد زنگ نزن 304 بود، زیرا مقدار دانسیته ی جریان پاسیو در نمونه ی زیرکونیمی کم تر بود. بازدارنده ی K 2 CrO 4 در غلظت کم تری نسبت به بازدارنده ی NaNO 2 بیش ترین تأثیر را در کاهش سرعت خوردگی و کاهش دانسیته ی جریان پاسیو نشان داد، ولی راندمان بازدارندگی NaNO 2 بیش تر از K 2 CrO 4 بود. از منحنی های موت-شاتکی مشخص شد که لایه ی پاسیو در حوالی پتانسیل صفر نسبت به الکترود مرجع نقره/ نیترات نقره، تغییر ماهیت می دهد و از نیمه هادی نوع-p به نیمه هادی نوع-n تبدیل می شود و لذا منجر به تغییر شیب نمودارهای پلاریزاسیون تافل در حوالی این پتانسیل می شود. شیب نمودارهای موت-شاتکی در دمای °C 250 به دلیل کم تر بودن تعداد جاهای خالی آنیونی و کاتیونی بیش تر از دمای °C 350 بود. تفاوت تعداد جاهای خالی آنیونی و کاتیونی باعث تغییر خواص لایه ی پاسیو و احتمالاً تغییر رنگ نمونه ها پس از آزمون های پلاریزاسیون تافل در دماهای مختلف شده است. از منحنی های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مشخص شد که در اثر افزایش پتانسیل از 2/0- به V 2/0+، ضخامت لایه ی پاسیو افزایش پیدا می کند. از شاخه ی آندی منحنی های پلاریزاسیون، تغییر مکانیزم انحلال آندی با تغییر حالت اکسایشی زیرکونیم از Zr 2+ به Zr 4+ مشاهده شد. کلمات کلیدی آلیاژهای زیرکونیم، خوردگی داغ، نمک های نیتراتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی