Hjælper materialer med at håndtere ekstrem stress

Vigtige trykvands-atomreaktorkomponenter fremstilles af en nikkel-baseret legering, der indeholder dobbelt så meget krom som det tidligere anvendte materiale. Den nye legering, kaldet legering 690, præsterer bedre, uden revner på grund af korrosion i højtemperaturvandsservicemiljøet. Imidlertid, Spændingskorrosionsrevner er blevet observeret i laboratorietest på stærkt deformeret legering 690-materiale. For at få indsigt i denne adfærd, forskere ved Pacific Northwest National Laboratory udførte højopløsningsundersøgelser af korrosions- og revneprocesser.

Overraskende nok, de fandt årer af lokaliseret oxidation, der var ormeget sig ind i legeringen 690 i stedet for at danne det forventede, kromrigt beskyttende oxidlag på overfladen.

Endnu højere opløsningsbilleder af korroderet legering 690 afslørede den unikke tredimensionelle struktur i oxidationsårerne. De filamentære vener var kun omkring 5 nanometer i diameter, men trænger ned til dybder mere end 400 nanometer under overfladen. Disse vener indeholdt en linje af chromoxid-blodplader omgivet af blandede nikkel-chrom-jernoxid nanokrystaller.

Forskere har længe troet, at et kontinuerligt og sejt overfladeoxidlag beskytter metalliske legeringer mod nedbrydning i korrosive miljøer. Men venerne af penetrerende oxidation i de bedre præsterende, højkromlegering rejser grundlæggende spørgsmål om mekanismerne for korrosion og revner. At forstå rækkefølgen af ​​begivenheder, der resulterer i penetrativ oxidation, vil hjælpe forskere med at skræddersy legeringer til at være mere modstandsdygtige over for nedbrydning under brug. Dette arbejde kan i sidste ende føre til længerevarende komponenter og sikrere atomreaktorer.

Forskerne evaluerede først korrosion og revner i legering 690 udsat for simuleret trykvandsreaktor primært vand ved temperaturer fra 325 til 360 grader C. De karakteriserede derefter den generelle morfologi af disse strukturer ved hjælp af lav kV scanning elektronmikroskopi og tilbagespredt elektron billeddannelse. For billeder i højere opløsning og faseidentifikation, transmissionselektronmikroskopi (TEM) blev anvendt inklusive energifiltreret TEM og elektrondiffraktion for at belyse grundstoffordelingen og faserne gennem den penetrative oxidation. Endelig, de brugte atom probe tomografi i EMSL til at bestemme den tredimensionelle struktur af den penetrative oxidation og undersøge faststofdiffusionsprocesser, der leder oxidationen.

Hvad er det næste:Forskerne reproducerer denne oxidation på høj renhed, nikkel-chrom binære legeringer af varierende sammensætning for at isolere overflade og interne oxidationsprocesser. De vil modificere computermodeller af korrosion for at simulere den penetrative oxidation. Eksperimentelle data vil give dem mulighed for at verificere nøjagtigheden af ​​computermodeller, der kan forudsige, hvordan atomreaktorkomponenter korroderer og revner under langvarig drift.