Способ ослабления коррозионного растрескивания металла

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в ядерных энергетических установках или в аналогичном оборудовании. Задачей изобретения является обеспечение сплошности защитного покрытия для уменьшения коррозионного растрескивания металлических элементов ядерных энергетических установок в воде. Сущность изобретения: на поверхности металла образуют защитное покрытие из электроизоляционного материала в виде пленки керамической структуры феррита лития. Покрытие наносят посредством "мокрой" консервации с коррекцией водородного показателя консервирующего раствора до уровня 10,0 <pH <10,5 и добавкой гидразин-гидрата и гидрооксида лития. В процессе эксплуатации поддерживают сплошность этой пленки посредством микродозировок гидрооксида лития при 8,0 <pH <9,6 и концентрации при 0 <α <1. Технический результат состоит в увеличении инкубационного периода процесса коррозионного растрескивания, а также в поддержании сплошности защитного покрытия при отсутствии щелочного охрупчивания в течение всего периода эксплуатации.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ядерных энергетических установках или в аналогичном оборудовании.

Известен способ ослабления коррозионного растрескивания металлических деталей в воде при высоких температурах, по которому используют покрытие из металлического сплава (Патент WO 9702576, А1, G 21 C 3/07, 1997 г.), имеющее электроизолированный наружный слой, причем в качестве покрытия использован циркониевый сплав, а наружный слой покрытия выполнен из чистого циркония.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ ослабления коррозионного растрескивания, по которому используют изолирующее защитное покрытие с присадкой благородного металла (Патент US 5581588 A, G 21 C 9/00, 1996 г.), выполненное из электроизоляционного материала с присадкой благородного металла.

Недостатками способов эксплуатации защитных покрытий по указанным аналогам является ограниченная продолжительность эффективной защиты oт коррозионного растрескивания металлических элементов ядерных энергетических установок в воде, связанная с постепенным нарушением сплошности покрытия в течение периода эксплуатации.

Задачей изобретения является обеспечение сплошности защитного покрытия для уменьшения коррозионного растрескивания металлических элементов ядерных энергетических установок в воде.

Решение задачи достигается тем, что образуют на поверхности металла защитное покрытие из электроизоляционного материала в виде пленки керамической структуры феррита лития в процессе консервации посредством "мокрой" консервации с коррекцией водородного показателя консервирующего раствора до уровня 10,0<рН<10,5 и добавкой гидразин-гидрата и гидрооксида лития, а в процессе эксплуатации поддерживают сплошность этой пленки посредством микродозировок гидрооксида лития при 8,0<рН<9,6 и концентрации при 0<α<1.

Создают защитную пленку покрытия в процессе консервации контуров атомных станций (в стояночном режиме) посредством "мокрой" консервации с коррекцией водородного показателя консервирующего раствора и добавкой гидразин-гидрата и гидрооксида лития. Выбирают водородный показатель в интервале значений 10,0<рН<10,5, так как при рН<10,0 повышается скорость перехода продуктов коррозии в воду, а при рН>10,5 появляется возможность возникновения эффекта щелочного охрупчивания. Добавка гидразин-гидрата обеспечивает химическое связывание кислорода в воде, а добавка гидроксида лития определяет процесс взаимодействия с чистой поверхностью сплавов на основе железа по следующим стадиям.

1. Образование феррита лития и водорода при одновременном нарушении пассивного состояния сплава: Fe + LiOH --> LiFeO₂+ 3/2Н_2адс.

2. Образование на поверхности металла покрытия из нерастворимого феррита лития.

3. Формирование сплошного покрытия из Fe₃О₄ и LiFeO₂. При этом скорость реакции 1-ой стадии становится минимальной. Соотношение Li/Fe в покрытии зависит от концентрации лития в воде.

4. В результате взаимодействия магнетита с гидрооксидом лития при C_LiOH>1% образуется Li₂Fe₅O₈: 5Fе₃O₄ + 6LiOH + 2Н₂O --> 3Li₂Fe₅O₈ + 4H₂O + 2Н_адс, или по схеме: 2LiFeO₂ + Fe₃O₄ --> Li₂Fe₅O₈.

По мере образования Li₂Fe₅O₈ расходуется LiOH, концентрация которого падает до тех пор; пока не закончится формирование стабильной пленки Fе₃O₄ и скорость коррозии не станет минимальной по причине нерастворимости пленки феррита лития в воде, так как она имеет структуру керамики и обладает высоким диффузионным сопротивлением на пути миграции водорода, кислорода, железа и других атомов и ионов. В силу этого пленка обладает высокими защитными свойствами и снижает скорость процесса коррозии, в том числе коррозионного растрескивания, на несколько порядков.

В течение периода эксплуатации в процессе термогидравлических циклических нагрузок при пуске, переходе с одного уровня мощности на другой и останове ядерного реактора возникают нарушения сплошности защитного покрытия.

В процессе эксплуатации сплошность обеспечивают посредством введения в воду и поддержания микродозировок гидрооксида лития при уровне водородного показателя 8,0<рН<9,6 и концентрации в г•ион/литр при 0<α<1, так как сульфат-ион SO₄ ^2- двухвалентен и связывает два катиона Li⁺, образуя нерастворимое соединение Li₂SO₄.

Гидрооксид лития, являясь сильным пленкообразующим неорганическим ингибитором, обеспечивает восстановление сплошности защитного покрытия, поэтому щелочная коррозия, щелочное и водородное охрупчивания не идут благодаря восстановлению нерастворимой пленки ферритов лития.

Изобретение может быть реализовано в проектируемых и действующих энергетических системах, в частности парогенераторах ядерных энергетических установок, например, ПГВ-1000 М, особенно для повышения ресурса коллекторов и трубных пучков, при использовании штатных технических средств и типовых технологий обслуживания.

Формула изобретения

Способ ослабления коррозионного растрескивания металла, заключающийся в образовании на поверхности металла защитного покрытия, выполненного из электроизоляционного материала, отличающийся тем, что покрытие образуют в виде пленки керамической структуры феррита лития посредством "мокрой" консервации с коррекцией водородного показателя консервирующего раствора до уровня 10,0 < pH < 10,5 и добавкой гидразин-гидрата и гидрооксида лития, а в процессе эксплуатации поддерживают сплошность этой пленки посредством микродозировок гидрооксида лития при 8,0 < pH < 9,6 и концентрации при 0 < α <1.