Study of materials for reactors employing molten fluoride salts or PB-BI coolant using an electron irradiation test facility

Overview of results obtained within the framework of the STCU Project #294 is givenНаведено огляд результатів, отриманих в рамках проекту УНТЦ № 294.Приведен обзор результатов, полученных в рамках проекта УНТЦ № 29

Corrosion processes in zirconium fluoride-sodium fluoride melts.Study of shortcut cell C/(ZrF₄ – NaF)EUT/Hastelloy

Time dependencies for the parameters (current, voltage, inner resistance) of shortcut galvanic cell Hastelloy-carbon material have been studied in NaF-ZrF₄ eutectic melt at 600…650°C. Analysis of these data, together with the data on polarization of separate electrodes at open circuit conditions, showed that shortcut current is related to the rate of corrosion of the alloy contacted with carbon, if Zr metal is absent in the system. In presence of Zr, the current corresponds to the rate of zirconium reaction with the melt (related to unit surface of the Hastelloy electrode), and can be used for studies of dissolution kinetics of Zr metal in the melt. It was found that contact of the alloy with carbon material results in the increase of corrosion rate both in pure eutectics and with the additives of LaF₃. Presence of Zr metal suppresses the corrosion process.Вивчена зміна в часі параметрів (струм, напруга, внутрішній опір) короткозамкненого гальванічного елемента хастелой/вуглецевий матеріал в евтектичному розплаві NaF-ZrF₄ при 600-650°C. Аналіз цих даних в сукупності з даними поляризаційних вимірювань на окремих електродах при розімкненому колі показав, що струм короткого замикання відповідає швидкості корозії сплаву в контакті з вуглецем при умові, якщо металічний Zr в системі відсутній. В присутності Zr цей струм визначається швидкістю взаємодії цирконію з розплавом (віднесеної до одиниці поверхні хастелою), що може бути використано для дослідження кінетики розчинення цирконію в розплаві. Встановлено, що контакт сплаву з вуглецем посилює корозію як в чисто евтектичному розплаві, так і з добавленням LaF₃. Присутність металічного Zr пригнічує корозійний процес.Исследована временная зависимость параметров (ток, напряжение, внутреннее сопротивление) короткозамкнутого гальванического элемента хастеллой/углеродный материал в эвтектическом расплаве NaF-ZrF₄ при 600-650°C. Анализ этих данных, в совокупности с данными поляризационных измерений на отдельных электродах при разомкнутой цепи, показал, что ток короткого замыкания соответствует скорости коррозии сплава в контакте с углеродом при условии, если металлический Zr в системе отсутствует. В присутствии же Zr этот ток определяется скоростью взаимодействия циркония с расплавом (отнесенной к единице поверхности хастеллоя), что может быть использовано для исследования кинетики растворения циркония в расплаве. Установлено, что контакт сплава с углеродом усиливает коррозию как в чисто эвтектическом расплаве, так и с добавками LaF₃. Присутствие же металлического Zr подавляет коррозионный процесс

Corrosion stability of molybdenum and tungsten coatings in lead-bismuth eutectic

The paper presents results of corrosion tests of tungsten- and molybdenum-based protective coatings, deposited on nickel-molybdenum alloys (hastelloy) in heavy metal melts (Pb, Bi, Pb–Bi eutectic). Results of an investigation of hastelloy samples without protective coating are given for comparison. The investigations were carried out under static conditions at 550 °C. The mechanical properties of the samples under investigation have been shown that the corrosion stability of the uncoated alloys studied decreases in the order: lead – lead-bismuth eutectic – bismuth. The use of protective tungsten and molybdenum coatings ensures corrosion stability of hastalloy with retention of its mechanical properties.Наведено результати дослідження корозійної стійкості нікель-молібденових сплавів (хастелой) в розплавах важких металів (Pb, Bi, Pb-Bi). Корозію вивчено в статичних умовах при температурі 550 °С. Встановлено, що в ряді розплавів свинець – свинець-вісмутова евтектика – вісмут корозійна стійкість вивчених сплавів падає. Показано, що використання захисних покрить з вольфраму та молібдену підвищує корозійну стійкість хастелою.Представлены результаты исследования коррозионной стойкости никель-молибденовых сплавов (хастеллой) в расплавах тяжелых металлов (Pb, Bi, Pb-Bi). Коррозия изучена в статических условиях при температуре 550 °С. Установлено, что в ряду расплавов свинец – свинец-висмутовая эвтектика – висмут коррозионная стойкость изученных сплавов падает. Показано, что использование защитных покрытий из вольфрама и молибдена повышает коррозионную стойкость хастеллоя

Corrosion of irradiated Ni-Mo alloys in sodium fluoride - zirconium melt

The corrosion of nickel-molybdenum alloys and their constituents in a molten eutectic sodium fluoride-zirconium fluoride mixture has been studied by cyclic voltammetry, X-ray analysis, SEM and metallography. The dependence of the corrosion rate of nickel-molybdenum alloys in molten fluorides on the time of soaking in melt and irradiation with an electron beam on an electron accelerator has been investigated. It has been shown that increasing the time of contact of nickel-molybdenum alloys with fluoride melt decreases the corrosion current density, and irradiation increases it in the greater extent the higher the electron beam energy. Intercrystalline corrosion is typical of the alloys of this composition.Методами циклічної вольтамперометрії, рентгенофазового, мікроскопічного аналізів, а також металографії досліджена корозія нікель-молібденових сплавів та компонентів, які входять до їхнього складу, в розплавленій евтектичній суміші фторидів натрію та цирконію. Досліджена залежність швидкості корозії зазначених сплавів від тривалості витримки в розплаві та опромінення пучком електронів на електронному прискорювачі. Показано, що збільшення тривалості контакту нікель-молібденових сплавів з фторидним розплавом зменшує густину струму корозії, а опромінення – збільшує її в тим більшій мірі, чим більша енергія електронного пучка. Для сплавів даного складу характерна міжкристалітна корозія.Методами циклической вольтамперометрии, рентгенофазового, микроскопического анализов, а также металлографии изучена коррозия никель-молибденовых сплавов и составляющих компонентов в расплавленной эвтектической смеси фторидов натрия и циркония. Исследована зависимость скорости коррозии никель-молибденовых сплавов в расплавленных фторидах от времени выдержки в расплаве и облучения пучком электронов на электронном ускорителе. Показано, что увеличение времени контакта никель-молибденовых сплавов с фторидным расплавом уменьшает плотность тока коррозии, а облучение – увеличивает ее в тем большей мере, чем больше энергия электронного пучка. Для сплавов данного состава характерна межкристаллитная коррозия

Alloys for molten-salt reactors

Results are reported from studies on the selection, development and manufacture of structural materials for a fuel-salt circulation loop of molten-salt reactors. Studies into the properties of materials obtained were performed. The analysis of the main physical properties has suggested the nickel-based alloy with the optimum composition. The basic initial components of the alloy were refined by physical methods. The influence of deformation and thermal treatment on structural and mechanical properties of melted alloys was investigated. The present results give grounds to advise the alloys under discussion as materials for the fuel loop of molten-salt reactors.Приведено результати досліджень по вибору, розробці та виготовленню конструкційних матеріалів для контуру циркуляції паливної солі рідинно-сольових реакторів і дослідження властивостей, отриманого матеріалу. Аналіз основних фізичних властивостей надав перевагу сплавам на основі нікелю. Вибрано оптимальний склад сплаву. Проведено рафінування фізичними методами основних вихідних компонентів сплаву. Вивчено вплив деформації та термомеханічної обробки на структурні та механічні властивості отриманих матеріалів. Отримані результати дозволяють рекомендувати ці сплави в якості матеріалів для паливного контуру рідинно-сольових реакторів.Приведены результаты исследований по выбору, разработке и изготовлению конструкционных материалов для контура циркуляции топливной соли жидко-солевых реакторов и исследованию свойств, полученного материала. Анализ основных физических свойств позволил выбрать сплав на основе никеля с оптимальным составом. Проведено рафинирование физическими методами основных исходных компонентов сплава. Изучено влияние деформации и термической обработки на структурные и механические свойства полученных материалов. Полученные результаты позволяют рекомендовать эти сплавы в качестве материалов для топливного контура жидко-солевых реакторов

The effects of electron irradiation and fluoride salt melt ZrF₄ – NaF on mechanical properties of Hastelloy N type alloys

NSC KIPT has cast Hastelloy N type alloys that are to be used in molten-salt reactors (MSR). A study was made on the collective effects of exposure to electron irradiation and melt of sodium and zirconium fluorides at the temperature 650°С for 700 hours on mechanical properties of those alloys.В ННЦ ХФТІ виплавлені сплави типу Хастелой Н, які призначені для роботи в рідинно-сольових реакторах. Досліджувалася сумісна дія опромінення електронами і розплаву фторидів натрію і цирконію при температурі 650°С протягом 700 г на механічні властивості зразків із сплавів типу Хастелой Н.В ННЦ ХФТИ выплавлены сплавы типа Хастеллой Н, которые предназначены для работы в жидкосолевых реакторах. Исследовалось совместное воздействие облучения электронами и расплава фторидов натрия и циркония при температуре 650°С в течение 700 ч на механические свойства образцов из сплавов типа Хастеллой Н

Electron irradiation test facility for irradiation of structural materials in conditions of molten salt reactor

A new device, Electron Irradiation Test Facility (EITF), has been created at electron linear accelerator Linac-10 at Accelerator R&D Complex affiliated with NSC KIPT. This facility allows to carry on studies on corrosion resistance of differently shaped samples of the Hastelloy type alloys in the melt of zirconium and sodium fluoride salts at high temperature. A container assembly (CA) that held samples was irradiated for 700 hours in the radiation field of electron beam with the energy ∼10 MeV and average current ∼500 microAmps (power∼5 kW ). The CA consisting of 16 containers (made of a carbon-carbon composite) that were loaded with research samples of Hastelloy alloys in the melt of the salts ZrF₄ и NaF was placed in air-tight protective shell made of stainless steel. During the irradiation, the CA was placed in argon atmosphere. The CA temperature was monitored with three thermocouples. Over the entire length of the irradiation process the stationary temperature regime was provided: 650°С ± 15°С.На лінійному прискорювачі електронів ЛП−10 НДК «Прискорювач» ННЦ ХФТІ створено установку “Стенд для радіаційних випробувань”, яка дозволяє проводити дослідження корозійної стійкості зразків різних модифікацій сплавів типу “хастелой ”в разплаві фторидних солей цирконію та натрію при високій температурі. У радіаційному полі пучка електронів з енергією ∼10 МеВ та среднім струмом ∼500 мкА (потужністю ∼5 кВт ) впродовж 700 годин проведено опромінення збірки контейнерів з досліджуваними зразками. Збірку з 16 контейнерів (з вуглець-вугецевого композиту), заповнених зразками “хастелою”в расплаві солей ZrF₄ та NaF, розміщено в герметичній захистній оболонці з нержавіючої сталі. Збірка при опроміненні знаходилась в атмосфері аргону. Температура збірки контролювалась трьома термопарами.. Впродовж процесу опромінення підтримувався стаціонарний температурний режим: (650 ± 15°С).На линейном ускорителе электронов ЛУ-10 НИК «Ускоритель» ННЦ ХФТИ создана установка “Стенд для радиационных испытаний”, позволяющая проводить исследования коррозионной стойкости образцов различных модификаций сплавов типа “хастеллой ”в расплаве фторидных солей циркония и натрия при высокой температуре.В радиационном поле пучка электронов с энергией ∼10 МэВ и средним током ∼500 мкА (мощностью ∼5 кВт ) в течение 700 ч проведено облучение сборки контейнеров с образцами. Сборка из 16 контейнеров (из углерод-углеродного композита), заполненных исследуемыми образцами “хастелоя”в расплаве солей ZrF₄ и NaF, помещалась в герметичную защитную оболочку из нержавеющей стали. Сборка при облучении находилась в атмосфере аргона. Температура ее контролировалась тремя термопарами. На протяжении всего процесса облучения обеспечивался стационарный температурный режим (650 ± 15)°С

The corrosion resistance of heatproof nickel alloy in molten fluoride salts

Studies have been made into corrosion and mechanical properties of high-nickel alloys prepared at NSC KIPT on the basis of high-purity metal components. Corrosion tests of the Hastelloy-type alloy in fluoride melts at 650°C revealed formation of no films in the process of corrosion during 700 hours. The corrosion of the alloy under study in molten fluorides is characterized by a weak interaction of melt components with the alloy, by penetration of Zr and Na atoms into the alloy at a depth of 3 to 5 μm over 700 hours, by the absence of oxide films on the surface. The chromium content in the near-surface layer of the alloy decreases to a depth of 10 μm. Corrosion tests cause no essential changes in the mechanical properties of the alloy.Досліджувалися корозійні і механічні властивості зразків високонікелевих сплавів, які були виготовлені в ННЦ ХФТІ на основі високочистих металевих компонентів. В результаті корозійних випробувань сплаву типу Хастелой в розплаві фторидів при температурі 650°С не знайдено утворення яких-небудь плівок в процесі корозії протягом 700 г. Процес корозії цього сплаву в розплавах фторидів характеризується слабкою взаємодією компонентів суміші із сплавом, проникненням атомів Zr і Na в сплав на глибину до 3...5 мкм за час 700 г, відсутністю оксидних плівок на поверхні. Відбувається зменшення концентрації хрому в при поверхневому шарі сплаву на глибину до 10 мкм. Корозійні випробування не призводять до значної зміни механічних властивостей сплаву.Исследовались коррозионные и механические свойства образцов высоконикелевых сплавов, которые были изготовлены в ННЦ ХФТИ на основе высокочистых металлических компонентов. В результате коррозионных испытаний сплава типа Хастеллой в расплаве фторидов при температуре 650°С не обнаружено образования каких-либо плёнок в процессе коррозии в течение 700 ч. Процесс коррозии этого сплава в расплавах фторидов характеризуется слабым взаимодействием компонентов смеси со сплавом, проникновением атомов Zr и Na в сплав на глубину до 3…5 мкм за время 700 ч, отсутствием оксидных плёнок на поверхности. Происходит уменьшение концентрации хрома в приповерхностном слое сплава на глубину до 10 мкм. Коррозионные испытания не приводят к значительному изменению механических свойств сплава

Electrical resistivity of Ti₄₁.₅Zr₄₁.₅Ni₁₇ quasicrystals in the temperature region 0.3–300 K

The electrical resistivity of icosahedral quasicrystals Ti₄₁.₅Zr₄₁.₅Ni₁₇ was investigated in the temperature region between 0.3 and 300 K on samples of different quality. In the temperature region between 0.3 and 2 K, the influence of external magnetic fields up to 16 kOe on the superconducting transition of these materials was investigated. The temperature dependence of the resistivity in the region of the superconducting transition varies in a step-like manner. The data of the x-ray analysis imply the presence of several different quasicrystalline phases. Above the superconducting transition, a resistivity minimum is observed