ارزیابی رفتار خوردگی داغ آلیاژهای زیرکونیم در نمک های نیترات مذاب

چکیده مهم ترین کاربرد زیرکونیم و آلیاژهای آن در رآکتورهای هسته ای است، لذا بررسی رفتار خوردگی زیرکونیم در دمای بالا در مجاورت خنک کننده ی رآکتورها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از خنک کننده های رآکتورها، نمک های مذاب نیتراتی هستند که در دمای بالا در گستره ی وسیعی از دما به صورت مایع کاربرد دارند. در این پژوهش، رفتار خوردگی دمای بالای آلیاژ zircaloy ii در مذاب یوتکتیکی نیترات سدیم/نیترات پتاسیم به کمک آزمون های الکتروشیمیایی پلاریزاسیون تافل، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و موت-شاتکی بررسی شده است. بدین منظور، یک سل الکتروشیمیایی مجهز به سیستم حرارت دهی ساخته شد. یوتکتیک نمک های نیترات سدیم و نیترات پتاسیم با نسبت50 :50 (شرایط یوتکتیک) به عنوان الکترولیت مورد استفاده قرار گرفت. آزمون های پلاریزاسیون تافل جهت بررسی رفتار خوردگی آلیاژ zircaloy ii در الکترولیت مذکور و در چهار دمای 250، 300، 350 و °c 400 انجام گرفتند و نقش دو بازدارنده ی k2cro4 و nano2 در دمای °c 350 مورد بررسی قرار گرفت. هم چنین رفتار خوردگی آلیاژ زیرکونیم در دمای °c 350 با رفتار خوردگی فولاد زنگ نزن 304 مقایسه شد. به منظور تشخیص خواص لایه های پاسیو در پتانسیل های مختلف و تفاوت آن ها، آزمون های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در دمای °c 350 و در دو پتانسیل 2/0- و v 2/0+ انجام شدند و آزمون های موت-شاتکی در دماهای 250 و °c 350 در سه محدوده ی پتانسیلی در ناحیه ی پاسیو انجام گرفتند. از منحنی های پلاریزاسیون تافل احراز شرایط پاسیو برای آلیاژ zircaloy ii در چهار دمای ذکر شده استنباط شد و مشخص شد که با افزایش دما، پتانسیل خوردگی، دانسیته ی جریان خوردگی و دانسیته ی جریان پاسیواسیون افزایش می یابند. رفتار خوردگی آلیاژ زیرکونیم درون نمک مذاب یوتکتیک نیترات سدیم/ نیترات پتاسیم، بهتر از فولاد زنگ نزن 304 بود، زیرا مقدار دانسیته ی جریان پاسیو در نمونه ی زیرکونیمی کم تر بود. بازدارنده ی k2cro4 در غلظت کم تری نسبت به بازدارنده ی nano2 بیش ترین تأثیر را در کاهش سرعت خوردگی و کاهش دانسیته ی جریان پاسیو نشان داد، ولی راندمان بازدارندگی nano2 بیش تر از k2cro4 بود. از منحنی های موت-شاتکی مشخص شد که لایه ی پاسیو در حوالی پتانسیل صفر نسبت به الکترود مرجع نقره/ نیترات نقره، تغییر ماهیت می دهد و از نیمه هادی نوع-p به نیمه هادی نوع-n تبدیل می شود و لذا منجر به تغییر شیب نمودارهای پلاریزاسیون تافل در حوالی این پتانسیل می شود. شیب نمودارهای موت-شاتکی در دمای °c 250 به دلیل کم تر بودن تعداد جاهای خالی آنیونی و کاتیونی بیش تر از دمای °c 350 بود. تفاوت تعداد جاهای خالی آنیونی و کاتیونی باعث تغییر خواص لایه ی پاسیو و احتمالاً تغییر رنگ نمونه ها پس از آزمون های پلاریزاسیون تافل در دماهای مختلف شده است. از منحنی های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مشخص شد که در اثر افزایش پتانسیل از 2/0- به v 2/0+، ضخامت لایه ی پاسیو افزایش پیدا می کند. از شاخه-ی آندی منحنی های پلاریزاسیون، تغییر مکانیزم انحلال آندی با تغییر حالت اکسایشی زیرکونیم از zr2+ به zr4+ مشاهده شد.