SE512804C2 - Anordning och förfarande för att förhindra skuggkorrosion - Google Patents

Description

512804 samma miljö. I denna miljö är den zirkoniumbaserade lege- ringen föremål för såväl strålning som korrosiva media.

En allmän åsikt har fram till nu varit att orsaken till denna korrosion, vilken benämns skuggkorrosion, är en för- höjd radiolys på grund av ett kraftigt ökat betafält till följd av en kärnreaktion med legeringselementet mangan.

Tidigare teknik inom området är sålunda i första hand inrik- tad på att lösa problemet med skuggkorrosion genom att på något sätt undvika nämnda kärnreaktion med legeringselemen- tet mangan. Detta har emellertid inte lett till några kom- mersiellt praktiska lösningar, varför skuggkorrosion hos zirkoniumbaserade legeringar som är anordnade på nära av- stånd från komponenter i rostfritt stål eller nickelbaslege- ringar hittills har accepterats såsom ofrånkomlig under de givna förhållandena i kärnenergianläggningar.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhan- dahålla en anordning hos vilken en första komponent som innefattar en zirkoniumbaserad legering anordnad på nära av- stånd från en andra komponent av exempelvis rostfritt stål eller nickelbaslegering uppvisar en väsentligt reducerad benägenhet till skuggkorrosion jämfört med hos anordningar enligt tidigare teknik.

Detta syfte uppnås medelst en anordning av det inledningsvis definierade slaget, vilken är kännetecknad av att den inne- fattar ett medel inrättat att elektriskt isolera åtminstone en del av den andra komponenten från den första komponenten, för att undvika skuggkorrosion hos den första komponenten.

Problemet med skuggkorrosion angrips sålunda på ett väsent- ligt annorlunda sätt än vad som föreslås genom tidigare tek- 512804 nik och forskning. Lösningen är föranledd av de nya insikter som uppfinnarna tillägnat sig om orsakerna till fenomenet skuggkorrosion. Man har därvid kommit till slutsatsen att det år en kombination av strålning (främst av gammastrålar) och en ej väl passiverad (i elektrokemiskt, ej kemiskt hän- seende) komponent på kort avstånd från zirkoniummaterialet som ger upphov till skuggkorrosionen. Gammastrålningen ger upphov till tillfälliga ledningskanaler för laddning, vilket gör att korrosionen lokalt höjs markant och även integralt över hela den oxidfilm som förekommer på den zirkoniumbase- rade legeringens yta i dessa miljöer. För att undvika skugg- korrosionen skall alltså den första komponenten vara elek- triskt isolerad från den andra komponenten åtminstone i det område där de bägge komponenterna är anordnade på ett av- stånd från 'varandra son1 understiger ett visst minsta av- stånd.

Enligt ett föredraget utförande innefattar nämnda medel en på den andra komponenten anordnad, isolerande beläggning.

Därigenom uppnås en fördelaktig avskärmning av själva källan till skuggkorrosionen hos den första komponenten.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande innefattar be- läggningen åtminstone någon av en nitrid, en oxid, en kera- misk beläggning, ett glas, eller ett plastmaterial. Samtliga dessa typer av beläggningar kan med dagens teknik på ett lämpligt sätt appliceras på komponenten ifråga. De har för- utsättningar att klara av den korrosiva miljö som de kan komma att utsättas för i en kärnenergianläggning samtidigt som de är utsatta för strålning, t ex neutronstrálning och gammastrålning. Då beläggningen innefattar flera skikt, så- som exempelvis vid applicering medelst PVD eller CND, kan ett eller flera. av' dessa skikt innefatta ett väsentligen rent metallmaterial, Ni, Pd, Rh, Ti, t ex ur den grupp som innefattar Pt, Cu och Zr. lä _nuíl|'_'-i 512804 Enligt ett föredraget utförande har beläggningen en tjocklek av'i storleksordningen 0,01 - 1000 pm. Valet av tjocklek är beroende av en rad faktorer, såsom typ av andra komponent, komponentens position och den miljö i vilken den är anord- nad. För spridare och spridarfjädrar, som normalt innefattar nickelbasmaterial. har beläggningen företrädesvis en tjock- lek av i storleksordningen 0,01 - 50 um.

Den elektriska resistensen hos skiktet bör vara av i stor- leksordningen 1-103 - 1-10" Q-cmz , företrädesvis l-10° - l-101° šlcmz för att en god isolerande effekt skall uppnås.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att föreslå ett förfarande för att förhindra skuggkorrosion hos en första komponent som innefattar en zirkoniumbaserad legering och är ägnad att inrättas i ett fält med förhöjd radioaktiv strål- ning på ett kort avstånd från en andra komponent, varvid den andra komponenten är sådan att den kan bilda en motelektrod mot den första komponenten och de första och andra komponen- terna är föremål för fältets strålning. Den andra komponen- ten kan typiskt vara metallisk och gjord av rostfritt stål eller ett nickelbasmaterial. Den är företrädesvis anordnad i en kärnenergianläggning och kan vara någon av en spridare, en spridarfjäder, ett styrstavsblad, ett skruvförband, topp- och bottenplattor hos kokvattenreaktorer och tryckvattenre- aktorer, härdgaller och bränslepatronuppställningsplattor_ Detta syfte uppnås medelst ett förfarande av det inlednings- vis definierade slaget, vilket är kännetecknat av att åt- minstone en del av den andra komponenten elektriskt isoleras från den första komponenten.

Förfarandet har, liksom den ovan nämnda anordningen, utveck- lats mot bakgrund av den nyvunna insikten om att gammastrål- ning ger upphov till tillfälliga ledningskanaler mellan nämnda första och andra komponent. Delvis beroende av den 512804 omgivande miljön kommer därvid komponenterna att definiera två elektroder mellan vilka laddningar utbyts. Normalt bil- dar därvid den andra komponenten en elektrolytisk motelek- trod relativt den första komponenten då dessa befinner sig på kort avstånd från varandra, normalt mindre än eller lika med 10 mm. Skuggkorrosionen hos den första komponenten kan avsevärt reduceras genom att isolera den andra komponenten elektriskt från den första komponenten, såsom föreslås en- ligt uppfinningen. Eftersom skuggkorrosion endast är ett problem då nämnda första och andra komponenter är anordnade på ett mycket kort avstånd från varandra, understigande ca mm, skall den andra komponenten elektriskt isoleras från den första komponenten företrädesvis i det område där dessa befinner sig på ett avstånd från varandra som understiger nämnda minsta avstånd. Det skall härvid inses att nämnda minsta avstånd kan variera beroende av olika yttre faktorer, såsom exempelvis vilken typ av medium som komponenterna är anordnade i.

Enligt ett föredraget utförande isoleras den andra komponen- ten från den första komponenten genom att den andra kompo- nenten beläggs med en elektriskt isolerande beläggning. Där- igenom blir det möjligt att mycket exakt styra vilket område hos den andra komponenten som skall isoleras medelst nämnda beläggning. Även en rad ytterligare egenskaper hos belägg- ningen, såsom tjocklek och elektrisk resistens kan enkelt styras vid själva beläggningsprocessen. En fördel är även att någon av det stora antal avancerade beläggningstekniker som idag finns tillgängliga kan utnyttjas för att åstadkomma en sådan isolering.

Enligt ett föredraget utförande av förfarandet sker belägg- ningen medelst åtminstone en av metoderna PVD, CVD, värmebe- handling i. gaser eller gasblandningar, beläggning där ett fint pulver anordnat i en gel avsätts pà komponenten och un- der värmepåverkan tillåts sintra fast som en beläggning 512804 ovanpå komponentens yta, beläggning genom flamsprutning, och sprutbeläggning. Samtliga dessa tekniker- är' väl beprövade och har fördelen att de tillåter en mycket noggrann styrning av beläggningstjockleken och vilket eller vilka material som skall ingå i själva beläggningen. De tillåter dessutom att anordna ett flertal olika skikt, med inbördes olika samman- sättningar eller materialstrukturer, som tillsammans defini- erar nämnda beläggning. särskilt fördeiektig är den teknik vid vilken ett fint pul- ver, företrädesvis kerampulver, som tillsammans med vätska och oorganiska eller organiska föreningar blandas till en så kallad solgel, avsätts på komponenten ifråga och sedan till- låts att under värmepåverkan sintra fast som en beläggning ovanpå komponentens yta.

Ytterligare särdrag hos och fördelar med den föreliggande uppfinningen kommer att framgå av den följande, detaljerade beskrivningen av olika utföringsexempel av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I en kärnenergianläggning, som företrädesvis är en kokarre- aktor (BWR) men även kan vara en tryckvattenreaktor (PWR) eller andra kommersiella och icke-kommersiella fissions- el- ler fusionsreaktorer eller någon annan miljö där väsentliga strålfält av neutroner, gammastrålning eller betastrålning förekommer är en första. komponent och en. andra komponent anordnade på kort avstånd från varandra, företrädesvis mindre än approximativt 10 mm, och befinner sig dessa kompo- nenter i. kontakt med ett elektriskt ledande medium. Detta medium är vanligtvis vatten.

Den första komponenten innefattar en zirkoniumbaserad lege- ring och kan vara någon av de komponenter i en kärnenergian- läggning som normalt består av en sådan zirkoniumbaserad le- in 512804 gering, t ex en spridarram hos en spridare i en lättvatten- reaktor.

Den andra komponenten är gjord av åtminstone något av rost- fritt stål, dium, iridium, eller legeringar därav, eller något annat ma- en nickelbaslegering, platina, palladium, ro- terial med förutsättningar att fungera som en elektrolytisk motelektrod relativt den första komponenten, med eller utan något externt applicerat elektriskt fält, och dessutom be- finner sig i ett stràlfält.

Den andra komponenten kan exempelvis vara en spridare i nickelbasmaterial för BWR och PWR, basmaterial för BWR och PWR, eller annat material för BWR, styrstavsknappar och "pins and spridarfjädrar i nickel- styrstavsblad i rostfritt stål rollers"för BWR styrstavar i rostfritt stål eller annat ma- terial, skruvförband, särskilt skruvhuvuden och muttrar ex- ponerade för vatten och anordnade på kort avstånd till en topp- och bottenplattor för BWR och PWR, härdgaller, eller en bränslepatronuppställningsplatta_ första komponent, Den andra komponenten är belagd med en beläggning som inne- fattar åtminstone någon av en nitrid, en elektriskt isole- rande oxid, en keram, såsom zirkoniumdioxid, diamant, alumi- niumoxid, kiseldioxid, bornitrid, kiselnitrid, etc, ett glas eller ett plastmaterial som tål vatten och ånga med hög tem- peratur och neutronstràlning och gammastrålning.

Beläggningen har lämpligtvis en tjocklek av 0,01 - 1000 pm, företrädesvis 0,01 - 50 pm för spridare och spridarfjädrar.

Dess elektriska resistens bör vara L1O3- Llüm Slcmz, före- trädesvis l-106- LlO1° šlcmz.

Givetvis kommer flera alternativa utföranden att vara uppen- bara för en fackman inom området utan att denne därvid fràn- 512804 går uppfinningens ram, sàdan denna är definierad i de bifo- gade patentkraven.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 512804 Eatentkrav

1. Anordning,

2. fattar en zirkoniumbaserad legering, ponent, relativt den första komponenten, innefattande en första komponent, som inne- och en andra kom- av sådant slag att den kan bilda en motelektrod varvid de första och andra komponenterna är anordnade på ett kort avstånd från varandra med ett elektriskt ledande medium mellan sig, och är föremål för radioaktiv strålning genom ett strålfält, kännetegknad av att den innefattar ett medel inrättat att elektriskt isolera åtminstone en del av den andra komponenten från den första komponenten för att undvika skuggkorrosion hos den första komponenten. Anordning enligt krav 1, kännetegknad av att nämnda me- del elektriskt isolerande beläggning. Anordning enligt krav 2, ningen oxid, material. en keramisk beläggning, kännetecknad innefattar åtminstone någon av en nitrid, en innefattar en på den andra komponenten anordnad, av att belägg- ett glas eller ett plast- Anordning enligt krav 2 eller 3, kënnetegknad av att be- läggningen har en tjocklek av i storleksordningen 0,01 - 1000 pm. Anordning enligt något av kraven 2 eller 3, këgngtecknad av att beläggningen har en tjocklek av i storleksord- ningen 0,01 - 50 pm. Anordning enligt något av kraven 2-5, kännetecknad av att beläggningen har en elektrisk resistens av i stor- leksordningen 1 103 1-101° fzcnf . 110” šlcmz I företrädesvis L106 - . E. IH šiåli . _¿wLJM Lfií l0 15 20 25 30 35 9. 10. ll. 512804 10 Förfarande för att förhindra skuggkorrosion hos en för- I sta komponent, vilken innefattar en zirkoniumbaserad legering och är ägnad att inrättas i ett fält av radio- aktiv strålning på ett kort avstånd från en andra kompo- nent, varvid den andra komponenten är sådan att den kan bilda en wwtelektrod mot den första komponenten och de första och andra komponenterna är föremål för fältets strålning, kännetegknag av att åtminstone en del av den andra komponenten elektriskt isoleras från den första komponenten. Förfarande enligt krav 7, kånngtggkgag av att den andra komponenten elektriskt isoleras från den första kompo- nenten genom att den andra komponenten belåggs med en elektriskt isolerande beläggning. Förfarande enligt krav 8, känneteçknat av att nämnda be- läggning innefattar åtminstone någon av en nitrid, en oxid, en keramisk beläggning, ett glas eller ett plast- material. Förfarande enligt något av kraven 8 eller 9, känneteck- në; av, att beläggningen appliceras nædelst åtminstone en av metoderna PVD, CVD, värmebehandling i gaser eller i gasblandningar, applicering av en blandning av ett fint pulver i en gel på komponenten där den tillåts att under vàrmepàverkan sintra fast som en beläggning ovanpå komponentens yta, beläggning genon1 flamsprutning, och sprutbeläggning. Förfarande enligt något av kraven 8-10, kännetggknat av, att beläggningen ges en tjocklek av i storleksordningen 0,01 - 1000 pm. 12. 1

3. 512804 ll Förfarande enligt nàgot av kraven 8-10, kägggtecknat av, att beläggningen ges en tjocklek av i storleksordningen 0,01 - 50 pm. Förfarande enligt nàgot av kraven 8-12, kägnetecknat av, att beläggningen har en elektrisk resistens av i stor- leksordningen 1103 110” šlcmz , företrädesvis 1106 1-l01° šlcnf .