DE3343840A1 - Verfahren zur guetekontrolle einer ein sauerstoffpotential enthaltenden helium-testatmosphaere - Google Patents

Description

• Verfahren zur Gütekontrolle einer ein Sauerstoff-
• potential enthaltenden Helium-Testatmosphäre Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gütekontrolle einer ein Sauerstoffpotential enthaltenden Helium-Testatmosphäre in einer Versuchsanordnung, die einen mit der Testatmosphäre gefüllten Behälter aufweist, in dem das Korrosionsverhalten metallischer Werkstoffe bei hohen Temperaturen untersucht wird.
• Die Güte einer He-Testatmosphäre hängt von dem in dieser Testatmosphäre herrschenden Sauerstoffpartialdruck ab. Das Korrosionsverhalten der untersuchten metallischen Werkstoffe, z.B.
• Ni-Cr-Legierungen, bei hohen Temperaturen variiert daher von Test zu Test und läßt keine eindeutigen Aussagen zu, wenn der Sauerstoffgehalt der Testatmosphäre nicht bekannt ist. Es gibt zwar eine große Anzahl von Meßvorrichtungen zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Gasen (beispielsweise die in den DE-OS 30 33 429 und 30 35 608 beschriebenen elektronischen Meßvorrichtungen); diese Vorrichtungen erweisen sich jedoch als ungeeignet, wenn nur ein sehr niedriger Sauerstoffpartialdruck (kleiner als 10 10 bar) vorliegt. Dies ist der Fall bei der hier betrachteten Helium-Testamtosphäre, mit der die in einer Anlage zur nuklearen Erzeugung von Prozeßwärme herrschende Atmosphäre simuliert werden soll.
• Eine derartige Atmosphäre enthält Verunreinigungen an Wasserstoff (500 pbar H), Methan (20 pbar CH4), Wasser (1 bar H2O), Stickstoff (5 pbar N2), Kohlenmonoxid (1S pbar CO) und geringe Spuren von Kohlendioxid. Bei den für Prozeßwärme geforderten hohen Temperaturen muß der nukleare Teil der Anlage mit einer Temperatur von mindestens 950 0C betrieben werden. Daher weist auch die Helium-Testatmosphäre diese hohe Temperatur au. Der Sauerstoffpartialdruck der Helium-Testatmosphäre beläuft sich nach thermodynamischen Rechnungen bei 950 °C auf annähernd Xo-21 bar In einer Helium-Atmosphäre mit den beschriebenen Verunreinigungeng dem angegebenen Sauerstoffpartialdruck und der genannten Temperatur dürfte es bei der Untersuchung von Ni-Cr-Legierungen nicht zur Bildung von Cr203-Schichten auf diesen Legierungen kommen, da der Gleichgewichtsdissoziationsdruck von CrzO3 bei einer Temperatur von 950 0C annähernd 10-19 bar beträgt. Die Entstehung von Cr203-Schichten ist daher nicht möglich; vielmehr müßten nach thermodynamischen Rechnungen als Korrosionsprodukte Schichten aus Cr23C6 gebildet werden.
• Nun hat sich aber gezeigt, daß in die Helium-Testatmosphäre eingebrachte Ni-Cr-Legierungen als Korrosionsprodukte Cr2O3-Schichten aufweisen. So haben Oberflächenanalysen an einer der Helium-Testatmosphäre ausgesetzten Hastelloy-X-Probe ergeben, daß sich dichte Schichten von Cr2O3 mit einer Dicke von 200 bis 300 m p gebildet hatten. Da bei dem spezifizierten Sauerstoffpartialdruck Cr203-Schichten nicht entstehen können, kann also in der Helium-Testatmosphäre nur ein überhöhter Sauerstoffpartialdruck vorgelegen haben. Kontrolimessungen des SauerstoffssXlrtialdrucks sind jedoch - wie bereits erwähnt - mangels geeigneter Meßgeräte nicht möglich.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem nachgewiesen werden kann, ob während der Versuchsdauer ein vorgegebener, sehr niedriger Sauerstoffpartialdruck übers hritten worden ist oder nicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor Beginn der Untersuchungen an einer Probe ein Chromblech in den Behälter eingesetzt wird und daß nach Versuchsende das Chromblech dem Behälter entnommen und die auf ihm gebildete Schicht untersucht wird, wobei durch Bildung einer Cr23C6-Schicht de Einhaltung und durch Bildung einer Cr203-Schicht die Überschreitung eines vorgegebenen Sauerstoffpartialdrucks nachgewiesen ist.
• Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die semiquantitative Bestimmung eines in einer Helium-Testatmosphäre vorliegenden Sauerstoffpotentials und liefert eine Aussage darüber, ob während der Versuchszeit adäquate Prüfbedingungen vorgelegen haben. Versuche, die nicht unter den vorgewählten Bedingungen abgelaufen sind, könnten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht ausgesondert werden.
• Die Nachuntersuchung des Chromblechs kann vorzugsweise mittels Röntgenbeugung erfolgen, mit der sich die auf dem Chromblech gebildete Schicht leicht analysieren läßt.
• Es ist auch möglich, die Schicht visuell zu bestimmen, da sich die beiden für den Nachweis vorgeschlagenen Chromverbindungen deutlich in der Farbe unterscheiden. Cr2O3 zeigt einen grünen Farbton, während Cr23C6 von metallischer Farbe ist.
• Das für den Nachweis verwendete Chrom muß von hoher Reinheit sein, d.h. es muß einen Chromgehalt von mindestens 99,99 % besitzen und darf nicht mehr als 5 ppm Aluminium und 1 ppm Zirkonium enthalten.

Claims (4)

1. Patentansprüche: Verfahren zur Gütekontrolle einer ein Sauerstoffpotential enthaltenden Helium-Testatmosphäre in einer Versuchsanordnung, die einen mit der Testatmosphäre gefüllten Behälter aufweist, in dem das Korrosionsverhalten metallischer Werkstoffe bei hohen Temperaturen untersucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der Untersuchungen an einer Probe ein Chromblech in den Behälter eingesetzt wird und daß nach Versuchsende das Chromblech dem Behälter entnomz men und die auf ihm gebildete Schicht untersucht wird, wobei durch Bildung einer Cr23C6-Schicht die Einhaltung und durch Bildung einer Cr2O3-Schicht die Überschreitung eines vorgegebenen Sauerstoffpotentialdrucks nachgewiesen ist.
2. 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchung des Chrombleches mittels Röntgenbeugung erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchung des Chrombleches visuell vorgenommen wird, wobei als Unterscheidungsmerkmal für Cr23C6 - und Cr2 0 3 -Schichten die Farbe dient.
4. 4 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Chromblech einen Chromgehalt von mindestens 99,99 % hat und weniger als 5 ppm Aluminium und 1 ppm Zirkonium aufweist.