Файл: Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие.pdf

кислород. При этом щелочной металл, например литий, может проникать в ниобий по границам зерен, где могут концентри­ роваться окислы ниобия. Глубина проникновения тем больше, чем выше содержание кислорода в ниобии.

С м а ч и в а н и е ж и д к и м м е т а л л о м т в е р д о г о даже в отсутствие

коррозионного воздействия может существенно сказаться на механических характеристиках твердого 'металла. Высокопластпчный исходный материал, способный удлиняться на сотни процентов, в результате влияния жидкометаллического слоя становится хрупким. Изменяется длительная прочность, сопро­ тивление усталости. Этот эффект связывается с адсорбционным влиянием среды. Жидкий металл проникает по линиям дисло­ каций, образующимся на ранних стадиях деформации. Адсорби­ рованные жидкие металлы уменьшают энергетический барьер, препятствующий выходу дислокаций на поверхность, п разупрочняют металл. При выходе на поверхность металла скоплений дислокаций могут возникать трещины. Проникновение среды в трещины приводит к расширению их и охрупчиванию материала. Адсорбционное воздействие жидких металлов на твердые в на­ стоящее время интенсивно изучается и еще далеко не завер­ шено. Значительный вклад в решение этого вопроса внесли советские ученые академики П. А. Ребнндер, С. Т. Кишкин, а также Е. Д. Щукин, В. И. Лихтман, А. В. Рябченков и другие исследователи.

Способы снижения коррозии. Предложен ряд способов для снижения скорости коррозии конструкционных материалов в жидких металлах. Изотермическое растворение чистого металла

чае Ni в количестве 0,6%, снизило скорость коррозии стали

металлов их предельная растворимость в ряде случаев ниже, чем при раздельном растворении. Так, введение Cu, Fe или Zr в жидкую ртуть снижает величину предельной растворимости титана наполовину. Предварительное растзоренне в жидком металле компонентов, значительно снижающих концентрацию насыщения твердого металла, уменьшает скорость коррозии по­

в твердой фазе значительно меньше диффузии в жидкой фазе. Легирование железа хромом способствует образованию на его поверхности окпснон пленки. Добавка 4,8% Сг в 7 раз снижает скорость растворения железа в висмуте при температуре 550°. Снижение скорости коррозии высокохромистых сталей в вис­ муте наблюдалось при температуре 600—950° при наличии кис­ лорода в защитной атмосфере аргона.

Следует отметить, что и при наличии окисных пленок на поверхности металла концентрация насыщения раствора остается неизменной. Окнсные пленки снижают и перенос массы. Так, в жидком свинце при температурах горячей и хо­ лодной зон 810 и 500° соответственно время до закупорки кон­ тура из стали 1Х18Н10Т увеличилось со 100—140 до 500 ч после создания на поверхности металла окисного слоя толщи­ ной 1 0 0 0 А. Очаги разрушения возникли в местах повреждения окнсной пленки. Однако зашдата с помощью поверхностных окисных пленок носит временный характер. Пленки разруша­ ются из-за механических повреждений, из-за различия ко­ эффициента линейного удлинения окисла и металла во время термических циклов вследствие эрозии. В щелочных металлах, восстанавливающих окислы большинства конструкционных ма­ териалов, такой способ защиты, естественно, непригоден.

Покрытие из металла, мало растворимого в расплаве, также снижает скорость коррозии защищаемого металла. С помощью молибденового покрытия, полученного термодиффузнонным спо­ собом, защищают от коррозии в литии высоконикелевые стали. Защитное поверхностное покрытие может быть получено введе­ нием в поверхностный слой металла некоторых элементов. Так, азотирование поверхности титана и его сплавов снижает ско­ рость их коррозии в ртути при температуре 538°.

Загрязнение щелочных металлов кислородом интенсифици­ рует коррозионные процессы. Очистку расплава от кислорода

можно осуществить в «холодных» ловушках. С понижением температуры жидкого металла растворимость кислорода (окис­ лов) в нем уменьшается. Часть металла, циркулирующего в контуре, пропускают через устройство, находящееся на байпасе, где температура близка к температуре плавления жидкого металла. Окислы осаждаются на стальной стружке, которой заполнена холодная ловушка. При рациональной организации такого способа очистки можно снизить концентрацию кислорода до 0,005%. Для более полной очистки жидкого металла от кислорода (например, в случае контакта расплава с тугоплав­

в натрии не превышает 0,001%. Суммарное содержание Fe, Cr, Mo, Ni, Та составляет не более 0,01%. Присутствие кислорода в виде соединения с натрием Na20 делает натрий коррозионно­ агрессивным. Удельный вес жидкого натрия несколько меньше, чем воды при нормальных условиях.

Металлический натрий имеет серебристо-белый цвет, хорошо видимый на свежем разрезе, поскольку обычно натрий покрыт пленкой окисла. Натрий является исключительно реакционноспособным элементом. Сухой кислород при комнатной темпера­ туре взаимодействует с натрием, однако реакция быстро пре­ кращается из-за образования на поверхности металла пленки окисла. Присутствие в воздухе даже следов влаги интенсифи­ цирует процесс окисления. При температуре, близкой к темпе­ ратуре плавления, натрий медленно реагирует с водородом с образованием гидридов. До температуры 400° натрий не взаимо­ действует с азотом, до 600°— с углёкислым газом. В последнем случае углекислый газ восстанавливается до окиси углерода и даже до элементарного углерода. Натрий восстанавливает окислы большинства металлов, образуя при этом либо чистые металлы, либо сплавы с ними. При температуре активной зоны с графитом натрий не взаимодействует.

Натрий весьма энергично взаимодействует с водой. В реак­ торных установках соприкосновение натрия с водой может про­ изойти при разгерметизации теплообменника, при заполнении натрием недостаточно просушенного контура. В результате реакции натрия с водой выделяется значительное количество тепла и газообразного водорода. В случае большой поверхности соприкосновения натрия с водой может произойти взрыв. Взаимодействует натрий и с конструкционными материалами,

Чистое железо стойко в натрии с малым содержанием кис­ лорода до температуры 590°. При 500° и концентрации кисло­

корродирует в этих условиях с меньшей скоростью. Дальнейшее увеличение содержания хрома до 13% не увеличивает стойкости стали.

Скорость коррозии аустенитных нержавеющих сталей при температурах 500°—715° ниже, чем хромистых сталей. Аустенит­ ные нержавеющие стали и их сварные соединения при содер­ жании кислорода в натрии 0,005% сохраняют стойкость до 700°.