Ti35钛合金与低碳不锈钢在硝酸溶液中的电化学腐蚀对比研究

CNIC201846

SINRE20167

Ti35钛合金与低碳不锈钢在

硝酸溶液中的电化学腐蚀对比研究

商佳程　王晓敏　盛钟琦

(中国核动力研究设计院,核燃料与材料国家级重点实验室,成都,610041)

摘　要

从电化学角度对Ti35合金(Ti25%Ta)和超低碳不锈钢在硝酸溶液中的抗腐蚀性能进行了对比评价。对不同温度、不同浓度、不同添加离子等条件下的阳极极化曲线进行了测试。得到结论:在相同温度下,硝酸溶液浓度的变化导致了钛合金的腐蚀加剧。在相同浓度下,随着温度的升高,钛合金腐蚀越来越不明显。Cr6+离子浓度对钛合金腐蚀能力的影响不大。铀酰离子的作用较弱,加了铬和钌离子后表现出对阳极反应的明显抑制作用。通过表面微观形貌的观察,发现不锈钢对硝酸浓度的变化更为敏感,氧化性离子的综合作用对于不锈钢的耐蚀性影响很大。研究结果表明,Ti35合金具有比不锈钢优异得多的抗腐蚀性能,有希望取代000Cr25Ni20不锈钢而用于后处理设备。

关键词:乏燃料后处理　Ti35　电化学

P arallel E lectrochemical Corrosion Study of Ti35and Low C arbon Stainless Steel in Nitric Acid

(I n Chi nese)

S HAN G Jiacheng　WAN G Xiaomin　S H EN G Zhongqi

(National Key Lab.for Nuclear f ual and Materials,

Nuclear Power Instit ute of China,Chengdu,610041)

ABS TRAC T

The corro sion resistance of Alloy Ti35(Ti25%Ta)in t he nitric acid solu2 tion f rom t he view of electrochemical factor is evaluated.Tested t he anodic po2 larization curves in different temperat ure,concentration and additional ions. The result s showed:In t he same temperature t he increase of concentration of nit ric acid enhanced t he corro sion of Ti;in t he same concentration,t he increase of temperat ure rest rained t he corro sion.The concent ration of Cr6+didn’t influ2 ence t he result s acutely.Cr6+,Ru3+restrained t he corro sion greatly despite t he affection of uranium is weak.After t he surface observation,t he SS were found more sensible to t he concent ration of HNO3t han Ti35;t he oxiding ions influ2 enced corro sion resistance of t he SS harder.It indicated t hat t he Ti35could in2 stead t he SS to be used on t he rep rocessing equip ment s because of t he better corro sion resistance.

K ey w ords:Rep rocessing,Ti35,Elect rochemical corro sion

　引　言

核燃料后处理是核燃料循环中的一个重要组成部分。它不仅是实现核燃料循环必需的步骤,而且从环境保护和最终安全处置放射性物质方面来看也是十分重要的。

核燃料后处理设备的工作条件是高温的强酸环境,溶解了铀、钚、裂变元素和其他元素,有很强的氧化性和放射性。在这种条件下其设备(特别是元件溶解器、高放射性废酸蒸发器以及硝酸回收器这样的关键设备[1])材料都要求有高耐蚀性。目前在后处理设备中被普遍采用的超低碳不锈钢,在强氧化性离子作用下晶间腐蚀现象很严重,特别是随着动力堆燃料中235U浓度的提高和燃耗的加深,具有高氧化还原电位的裂变产物的含量不断增加,他们的电位均高于硝酸,对不锈钢都具有加速腐蚀的作用,这造成了很多设备失效,具有严重的安全隐患。世界上正在运行的几个动力堆元件后处理厂都出现过因关键设备材料腐蚀损坏而被迫长期停产的事故。例如,1980年西德WA K后处理厂因溶解器漏液而停产检修27个月。日本东海村后处理厂元件溶解器[2,3]和废酸回收器采用法国产的Uranus—65,于1982年和1983年两次因渗漏而被迫停产检修。在运行了6000h和13000h之后,均因腐蚀而更新。我国某厂的六台废酸蒸发器十年内全部泄漏并陆续更换,采用25—50Nb制作的废酸蒸发器只运行了4080h就腐蚀损坏。所以十分有必要进行新材料的开发和研究。

在本次试验中对Ti35合金和不锈钢在硝酸溶液中的电化学腐蚀行为进行了对比研究,以期为材料的换代提供数据的支持。

1　实验材料与实验方法

111　实验材料

所用材料为核工业第二研究设计院提供的Ti35二元合金,其实测化学成分见表1。

表1　所用Ti35合金试样的实测化学成分

元素Ta Fe O H Ti 质量分数/%514301047010901004余

试样取材于3mm厚的板材,线切割加工为<15×1(mm)的小圆片,双面打磨后用酒精浸洗。

对比试验用的为00Cr25Ni20超低碳不锈钢,取材于5mm厚的板材,线切割加工为<15×1(mm)的小圆片,双面打磨后用酒精浸洗。

112　实验设备与方法

用电化学方法进行腐蚀试验,其主要特点[4,5]是快速,直观。用全面腐蚀方法要进行几个月的试验,用电化学方法很快就可以得到腐蚀电压,腐蚀电流,腐蚀速率等数据,而且从阳极极化曲线上,就可以判断出腐蚀反应进行到的阶段,理解腐蚀进行的程度以及推断腐蚀发展的趋势。所以电化学方法在腐蚀试验中被广泛地采用。在分析阳极极化曲线时,致钝电流密度和维钝电流密度越小,则该合金的耐蚀性越好,因此,可通过比较不同合金在同一介质或同一合金在不同介质中的阳极极化曲线以及以上特征参数来评定耐蚀性能的优劣。

本次实验所用的仪器是美国产的EG&G M283型电化学分析仪。采用的是三电极系