Ученые ТПУ нанесли покрытие из хрома на сварные соединения циркониевых сплавов, применяемых при изготовлении тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) водо-водяных энергетических реакторов. Оно поможет повысить стойкость соединений к окислению и охрупчиванию и предотвратить аварии на реакторах.
Фото: образцы оболочек ТВЭЛов из циркония с защитным покрытием из хрома до и после высокотемпературного окисления.
Циркониевые сплавы используются в активной зоне ядерных реакторов с водой под давлением, и задача ученых состоит в поиске оптимального материаловедческого решения для их защиты от высокотемпературного окисления.
«Ранее было показано, что хромовые покрытия могут быть эффективны для защиты циркониевых оболочек от окисления при нормальной работе и условиях, моделирующих тяжелую аварию на ядерном реакторе. Далее мы изучили влияние защитных покрытий из хрома на стойкость к окислению сварных соединений, полученных контактной и лазерно-лучевой сваркой.
Эксперименты показали, что сварные соединения имеют отличную от объемного сплава микроструктуру, что может приводить к их ускоренному окислению в зоне термического воздействия и шве»,
— рассказывает доцент научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга Дмитрий Сиделёв.
Для экспериментов Новосибирский завод химконцентратов изготовил образцы сварных соединений по технологии, применяемой для ТВЭЛов. Ученые ТПУ нанесли на них хромовые покрытия методом вакуумного осаждения и выполнили высокотемпературные испытания при температуре 1100 °С на воздухе.
Фото: образцы оболочек ТВЭЛов из циркония с защитным покрытием из хрома и без него до и после высокотемпературного окисления.
«Мы показали, что хромовые покрытия микронных толщин позволяют существенно замедлить окисление сварных соединений циркониевых сплавов. Сварные соединения без покрытий имеют высокую кинетику окисления. В настоящий момент мы продолжаем испытания в условиях, моделирующих нормальную работу реактора и аварию, но уже при более высоких температурах (1200 °С и выше)», — добавил ученый.
Исследования в Томском политехе ведутся в рамках гранта РНФ 19-79-10116 «Разработка научно-технических основ формирования покрытий хрома на циркониевом сплаве Э110, включая сварные соединения, для изготовления устойчивых к аварийным ситуациям компонентов активной зоны ядерных реакторов».