Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Salimi jazi,Kaivan Raissi,Mohmmad ali Golozar
حميدرضا سليمي جزي (استاد مشاور) کيوان رئيسي (استاد راهنما) محمدعلي گلعذار (استاد راهنما)
 
STUDENT
Iman Momeni
ايمان مومني

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
چکيده مهم ترين کاربرد زيرکونيم و آلياژهاي آن در رآکتورهاي هسته اي است، لذا بررسي رفتار خوردگي زيرکونيم در دماي بالا در مجاورت خنک کننده ي رآکتورها از اهميت ويژه اي برخوردار است. يکي از خنک کننده هاي رآکتورها، نمک هاي مذاب نيتراتي هستند که در دماي بالا در گستره ي وسيعي از دما به صورت مايع کاربرد دارند. در اين پژوهش، رفتار خوردگي دماي بالاي آلياژ Zircaloy II در مذاب يوتکتيکي نيترات سديم/نيترات پتاسيم به کمک آزمون هاي الکتروشيميايي پلاريزاسيون تافل، طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي و موت-شاتکي بررسي شده است. بدين منظور، يک سل الکتروشيميايي مجهز به سيستم حرارت دهي ساخته شد. يوتکتيک نمک هاي نيترات سديم و نيترات پتاسيم با نسبت50 :50 (شرايط يوتکتيک) به عنوان الکتروليت مورد استفاده قرار گرفت. آزمون هاي پلاريزاسيون تافل جهت بررسي رفتار خوردگي آلياژ Zircaloy II در الکتروليت مذکور و در چهار دماي 250، 300، 350 و °C 400 انجام گرفتند و نقش دو بازدارنده ي K 2 CrO 4 و NaNO 2 در دماي °C 350 مورد بررسي قرار گرفت. هم چنين رفتار خوردگي آلياژ زيرکونيم در دماي °C 350 با رفتار خوردگي فولاد زنگ نزن 304 مقايسه شد. به منظور تشخيص خواص لايه هاي پاسيو در پتانسيل هاي مختلف و تفاوت آن ها، آزمون هاي طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي در دماي °C 350 و در دو پتانسيل 2/0- و V 2/0+ انجام شدند و آزمون هاي موت-شاتکي در دماهاي 250 و °C 350 در سه محدوده ي پتانسيلي در ناحيه ي پاسيو انجام گرفتند. از منحني هاي پلاريزاسيون تافل احراز شرايط پاسيو براي آلياژ Zircaloy II در چهار دماي ذکر شده استنباط شد و مشخص شد که با افزايش دما، پتانسيل خوردگي، دانسيته ي جريان خوردگي و دانسيته ي جريان پاسيواسيون افزايش مي يابند. رفتار خوردگي آلياژ زيرکونيم درون نمک مذاب يوتکتيک نيترات سديم/ نيترات پتاسيم، بهتر از فولاد زنگ نزن 304 بود، زيرا مقدار دانسيته ي جريان پاسيو در نمونه ي زيرکونيمي کم تر بود. بازدارنده ي K 2 CrO 4 در غلظت کم تري نسبت به بازدارنده ي NaNO 2 بيش ترين تأثير را در کاهش سرعت خوردگي و کاهش دانسيته ي جريان پاسيو نشان داد، ولي راندمان بازدارندگي NaNO 2 بيش تر از K 2 CrO 4 بود. از منحني هاي موت-شاتکي مشخص شد که لايه ي پاسيو در حوالي پتانسيل صفر نسبت به الکترود مرجع نقره/ نيترات نقره، تغيير ماهيت مي دهد و از نيمه هادي نوع-p به نيمه هادي نوع-n تبديل مي شود و لذا منجر به تغيير شيب نمودارهاي پلاريزاسيون تافل در حوالي اين پتانسيل مي شود. شيب نمودارهاي موت-شاتکي در دماي °C 250 به دليل کم تر بودن تعداد جاهاي خالي آنيوني و کاتيوني بيش تر از دماي °C 350 بود. تفاوت تعداد جاهاي خالي آنيوني و کاتيوني باعث تغيير خواص لايه ي پاسيو و احتمالاً تغيير رنگ نمونه ها پس از آزمون هاي پلاريزاسيون تافل در دماهاي مختلف شده است. از منحني هاي طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي مشخص شد که در اثر افزايش پتانسيل از 2/0- به V 2/0+، ضخامت لايه ي پاسيو افزايش پيدا مي کند. از شاخه ي آندي منحني هاي پلاريزاسيون، تغيير مکانيزم انحلال آندي با تغيير حالت اکسايشي زيرکونيم از Zr 2+ به Zr 4+ مشاهده شد. کلمات کليدي آلياژهاي زيرکونيم، خوردگي داغ، نمک هاي نيتراتي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی