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高精铝材抗蚀性在核反应堆中表现出众
2015-04-02 10:48:24 作者:温蕊来源:

       在核工业中铝及铝合金主要用作低、中温水堆(石墨水生产堆、实验研究水堆及某些重水实验堆)燃料元件的包壳、工艺管、辅助管道及其他结构材料等。工业纯铝在温度为100℃~130℃的水冷反应堆中得到广泛的应用。
 
反应堆铝材应具备的特性
  铝材之所以在反应堆中得到广泛应用,除了它具有众所周知的优良性能外,在核工程性能方面还有一些特异的性能:对热中子的吸收截面小,为0.22×10-24cm2,仅比铍、镁、锆的大一些,而比其他金属的小得多,因此,铝是性价比优秀的上等材料;辐照感应放射能衰减快,高纯铝在停止辐照后一周内,放射能就急剧下降;反应堆壁溅蚀小,在175℃以下耐辐照,辐照损失小,空穴率低。
 
  在反应堆中,作为热交换介质的水所引起的腐蚀比常规热电站中的严重得多。一般说来,铝材在50℃以下的水中发生点蚀,在50℃~250℃水中以均匀腐蚀为主,在300℃以上水中则发生晶间腐蚀。
 
  实践证明:选用耐点蚀的铝合金;提高铝合金纯度,以免产生阳级性的夹杂物;提高堆用水纯度,严格控制水中有害离子含量都是提高铝材耐点蚀的有效措施。此外,对铝材进行阳极氧化处理也能提高其对点蚀的抵抗能力,不过水的温度不能高于100℃,否则效果不佳。
 
  作为元件包壳或工艺管的铝材,在加工、运输与安装过程中,其表面都不可避免地会产生种种避部损伤,如划痕、碰伤、氧化膜缺陷等,它们加速阴极去极化反应,也易使电位比在核工业中铝及铝合金主要用作低、中温水堆(石墨水生产堆、实验研究水堆及某些重水实验堆)燃料元件的包壳、工艺管、辅助管道及其他结构材料等。工业纯铝在温度为100℃~130℃的水冷反应堆中得到广泛的应用。铝的更正的重金属在此处沉积,从而加速铝阴极的离子溶解作用,加速腐蚀。但只要损伤深度不超过一定值(低温水堆用的铝材的容许安全值为0.15mm~0.30mm),不会引起异常的加速腐蚀,在低温水堆的特定条件下,可安全使用。




日本核反应堆

 
  1965年以前中国所需的工艺管全部从苏联引进,1958年哈尔滨铝加工厂(现在的东北轻合金有限责任公司)开始二期项目建设,其中有工艺管车间,有成磁疗的轧管、精整、阳极氧化设备,原为苏联缓建项目,后由于苏联中止援助,中途一度停建,尔后自力更生建设,1965年才建成投产,设计生产能力50t/a。1966年生产工艺管4934根,33t,管的外径43mm,内径41mm,当时的合金牌号为LT24。后来又在西北铝加工厂建了一个工艺管车间,所以现在中国可生产工艺管的企业有2个。
 
  在中温水中,铝主要发生均匀腐蚀。因此,水中的离子对其腐蚀的影响不像低温时那样显着与敏感,而合金成分、晶粒大小与组织状态却起着较大的作用。在6xxx系合金中,最好不存在过剩的Si相。向合金中同时加入Fe及Ni(0.3%~0.4%),并使其质量比为1,以形成氢超电压较低的Al9FeNi相,可提高合金的抗腐蚀性。因为有Al9FeNi相存在时,氢可以从其质点处逸出,铝基地不会产生阴极反应。
 
  在高于130℃的动水中,阳极化膜易剥落,不耐腐蚀,但预生氧化膜(材料使用前,将其置于一定温度的高纯静水中一定的时间所形成氧化膜)可提高合金的抗中、高温动水腐蚀的能力。
 
  对堆用铝材危害最大的是晶间腐蚀,是由晶界区和晶粒基体之间的电位差引起的。因此,凡能降低这种电位差的措施都能提高合金抗晶间腐蚀的能力。
 
  防止铝材晶间腐蚀极有效的措施是向铝中添加一定量的Fe与Ni,使之形成氢超电压较低的阴极相Al3Fe、Al3Ni与Al9FeNi等。这就是中、高温堆用铝材大都含有一定量的Ni与Fe的缘故。向Al-Mg-Si合金添加一定量的Cu也能提高合金抗晶间腐蚀的能力。
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