1. Введение

Данная статья посвящена коррозии хастеллоя G35 и влиянии степени подготовки компонентов для работы с данным сплавом. Ранее было исследовано коррозионно-электрохимическое поведение ряда сплавов (Хастеллоев) ХН65МВУ, С 2000, С 276 в солевых системах AlCl3 – ZrCl4, которые показали высокое химическое сопротивление по сплошной (фронтальной) коррозии. Однако их поведение с точки зрения межкристаллитной коррозии и процессов ректификации в оборудовании при температурах выше 500 ºС было неудовлетворительное [4].

Коррозия в расплавленных солях является электрохимической и состоит из двух сопряженных электродных процессов:

1. Анодного процесса перехода поверхностных атомов металла в виде ионов в расплав в результате сольватации их анионами расплавленной соли;

2. Катодного процесса ассимиляции электронов деполяризатором.

Значение коррозионных исследований определяется тремя аспектами. Первых из них — экономический — имеет целью уменьшение материальных потерь. Второй аспект – повышение надежности оборудования. Надежность является важнейшим условием при разработке оборудования АЭС и систем захоронения радиоактивных отходов. Третьим аспектом является сохранность металлического фонда. Мировые ресурсы металла ограничены, а потери металла в результате коррозии ведут кроме того, к дополнительным затратам энергии и воды [5]. Исходя из этих аспектов, необходимо определить причину коррозии и предложить способы её предотвращения. Таким образом, к настоящему времени способы защиты от коррозии сплава хастеллой G-35 в хлоралюминатах остаются недостаточными.

Целью является:

1.  Исследование процесса коррозии сплава хастеллой G35 в хлоралюминате натрия;

2.  Выработка рекомендаций по предотвращению коррозии в сплаве.

2. Методы и принципы исследования

Чтобы обеспечить защиту всего оборудования, работающего в среде расплавленных солей хлоралюминатов от сплошной фронтальной коррозии необходимо использовать металлический алюминий в качестве протектора [6]. В этом случае следует выполнить определенные расчеты эффективности защиты, в расчетных формулах которых должна фигурировать разность потенциалов между металлическим алюминием и защищаемым материалом. Поэтому возникает серьезная задача по измерению равновесных потенциалов алюминия и стационарных потенциалов (потенциалов коррозии) материалов оборудования.

Было исследовано корозионно-электрохимическое поведение сплава и определен химический состав сплава хастеллоя G35, результаты исследования приведены в таблице 1.

Измерение равновесных потенциалов алюминия и стационарных потенциалов материалов оборудования (сплава хастеллой G35) в расплавленной смеси хлоридов алюминия и натрия в зависимости от температуры и концентрации.

Проведение измерений

Загружаемый хлоралюминат натрия был рафинирован крупкой металлического алюминия. Загрузку соли и сборку ячейки осуществляли в сухом боксе в атмосфере аргона (рис. 1). В собранном виде ячейку вынимали из бокса и вставляли в термостатированную печь с задаваемой программой нагрева. Ячейку в холодном состоянии вакуумировали, затем запускали аргон и вновь вакуумировали [7]. Эту процедуру повторяли дважды, чтобы по возможности полностью удалить адсорбированные кислород и влагу с поверхностей ячейки и ее деталей.  «Промытую» ячейку заполняли аргоном и начинали нагревать печь до заданной температуры. При достижении постоянного её значения начинали измерения. За достоверные значения потенциалов принимали такие, которые оставались постоянными длительное время (от одного до двух и более часов) в пределах ±0,002 В.

Хлоралюминат натрия рафинировали металлическим алюминием высокой чистоты (99,999 масс. %), а в качестве алюминиевого электрода использовали проволоку чистотой 99,9 масс. %. Выдерживали синтезированный расплав хлоралюмината в контакте с металлическим высокочистым алюминием при температуре 350 – 380 оС в течение не менее двух часов.  Его необходимо брать в виде гранул, погружая в хлоралюминат [7].

Измеренные значения равновесных (Е1) и стационарных (Е'1) потенциалов алюминия и сплава хастеллой G35 относительно свинцового электрода сравнения затем пересчитывали на хлорный электрод сравнения, Е и Е' по выражениям:

где E2 — равновесные потенциалы свинца относительно хлорного электрода сравнения; Е' и Е'1 — равновесные и стационарные потенциалы электродов алюминия и из сплавов оборудования относительно хлорного электрода сравнения соответственно; Δφ — величина диффузионного потенциала, возникающего, между электролитами. Её величина для электролитов с высокой электропроводностью очень мала [8]. Была измерена температурная зависимость (в интервале температур 270 – 370 ºС) равновесного потенциала алюминия в расплаве NaAlCl4 (состава NaCl/AlCl3 = 1,0/1,0) относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Его величины уменьшались с понижением температуры на 100 ºС от 0,7 до 0,835 мВ.

Были измерены стационарные потенциалы сплава G35 в зависимости от температуры в этом же диапазоне (см. табл. 2). Температурная зависимость стационарных потенциалов сплава хастеллоя G35). Установлено, что величины стационарных потенциалов (потенциалов коррозии) сплава практически не изменяются с температурой, оставаясь постоянной величиной 0,020 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения [9], [10], [11], [12].

3. Основные результаты

Были также измерены вольтамперные характеристики этого материала для температуры 370 ºС. Вольтамперная поляризационная кривая зависит экспоненциально от потенциала поляризации с ярко проявляющимся перегибом в районе потенциалов, — 1,32 В относительно хлорсеребряного электрода сравнения

[3]

где I — сила тока поляризации, в мА/ см2Missing Mark : sup; V — величина потенциала поляризации; αV — сила тока коррозии материала G35 при отсутствии поляризации, т.е. когда напряжение поляризации равно нулю

[9][10]

Площадь рабочего электрода (S) была равна 4,26 см2Missing Mark : sup. Сила тока I = 0,72 мА и, следовательно, плотность тока коррозии (i) в расчете на 1 см2Missing Mark : sup будет 0,169 мА/ см2Missing Mark : sup. Величина потенциала точки перегиба есть не что иное, как начало активного анодного растворения стали

[14][15]

На рисунке 2 представлена поляризационная вольтамперная кривая для расчета токов коррозии конструкционных материалов в расплаве хлоралюмината калия в зависимости от температуры.

На графике видно, что при включении анодного тока происходит коррозия, которая затем выходит на плато, где происходит замедленная коррозия и это плато называется пассивацией.

Установлено, что значения стационарных потенциалов сплава G35 практически не изменяются с температурой, оставаясь постоянными.

4. Заключение

Токи коррозии сплава G 35 в солевом расплаве NaAlCl4Missing Mark : sub значительно ниже, чем в более дорогих сталях ХН65МВУ, С 2000, С 276 (Хастеллои) практически при близкой температуре к 380 ºС, по сравнению с расплавом KAlCl4Missing Mark : sub. В расплаве KAlCl4Missing Mark : sub высокая улетучиваемость коррозионно-активных компонентов и низкая температура плавления, а также в процессах, где присутствие калия менее предпочтительно по сравнению с натрием по их атомно-физическим свойствам. Так, величины токов коррозии для всех указанных сплавов ХН65МВУ, С 2000, С 276 имеют почти одинаковые скорости коррозии и в среднем незначительно меняются в интервале от ~ 1,00 до 1,50 мА/ см2Missing Mark : sup, в то время как в случае сплава хастеллой G35 скорость коррозии существенно ниже и составляют величину плотности тока коррозии 0,169 мА/ см2Missing Mark : sup.

Измеренные величины стационарных потенциалов материалов оборудования УРХЦГ, отличающиеся на 1 В от равновесного электродного потенциала алюминия, являются основанием для организации эффективной протекторной защиты металлических сплавов от фронтальной коррозии, используя в качестве протектора металлический алюминий.

Неизменность измеренных равновесных потенциалов алюминия и стационарных потенциалов сплава хастеллой G35 от времени и температуры в диапазоне от 270 до 370 ºС свидетельствует о стабильности и устойчивости системы в целом, если она изолирована от внешних факторов, таких как: попадание в систему воздуха или влаги, больших местных перегревов и плохих качеств швов на участках сварки сплава G35. Сплавы с большим содержанием никеля требуют прецизионных условий плавки

[15]

The additional file for this article can be found as follows: