HIGH-TEMPERATURE PASSIVATION OF THE SURFACE OF CANDIDATE MATERIALS FOR LSR BY ADDING O2– TO THE SALT PHASE OF THE HALIDE MELT

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Experiments were carried out to determine the corrosion rate of stainless steel AISI 316 in a fluoride melt with different concentrations of O2– (by adding lithium oxide to the melt in the concentration range from 0 to 5 wt %). The corrosion rate decreases by an order of magnitude at an oxygen anion concentration in the melt from 0.2 to 0.4 wt %, which may indicate the detection of the phenomenon of high-temperature passivation of the material due to the modification of the composition of the fluoride melt and a decrease in its corrosion activity. In addition, the type of intergranular and pitting corrosion typical of stainless steels in fluoride melts, which is the most dangerous from the point of view of the structural reactor material, changes to continuous when lithium oxide is added due to the “healing” of individual corrosion centers with excess oxygen-containing compounds. The formation of a protective layer of the spinel type with a thickness of 1 μm was established.

About the authors

E. A. Karfidov

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: neekeetina@mail.ru
Russia, Yekaterinburg

Yu. P. Zaikov

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: neekeetina@mail.ru
Russia, Yekaterinburg

E. V. Nikitina

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: neekeetina@mail.ru
Russia, Yekaterinburg

K. E. Seliverstov

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: neekeetina@mail.ru
Russia, Yekaterinburg

References

  1. Komarov V.Ye, Smolenskiy V.V., Afonichkin V.K. Perspektivy ispol’zovaniya rasplavlennykh soley v radiokhimicheskikh tekhnologiyakh [Prospects for the use of molten salts in radiochemical technologies] // Rasplavy. 2000. № 2. P. 59–65. [In Russian].
  2. LeBlanc D. // Nucl. Eng. Des. 2010. 240. Р. 1644–1656. https://doi.org/10.101j.nucengdes.2009.12.033
  3. Khokhlov V., Ignatiev V., Afonichkin V. Evaluating physical properties of molten salt reactor fluoride mixtures // Journal of Fluorine Chemistry. 2009. 130. Р. 30–37.
  4. Barnes J., Coutts R., Horne T., Thai J. Characterization of molten salts for application in molten salt reactors. PAM Review. 2019.
  5. Magnusson J., Memmott M., Munro T. Review of thermophysical property methods applied to fueled and un-fueled molten salts // Annals of Nuclear Energy. 2020. 146. Р. 107608.
  6. Serp J., Allibert M., Benes O. Delpech S., Feynberg O. and other. The molten salt reactor (MSR) in generation IV: overview and perspectives // Prog. Nucl. Energy. 2014. 77. Р. 308–319.
  7. Williams D.F. Assessment of candidate molten salt coolants for the advanced highi-temperature reactor (AHTR), 2006.
  8. Yadernyye reaktory. Ch. 3. Materialy dlya yadernykh reaktorov [Materials for nuclear reactors]. M.: Izd-vo inostrannoy literatury, 1956. [In Russian].
  9. Menli V., Kubs D., de Van D, Duglas D., Inui KH., Petriarka P., Roch T., Skott D. Metallurgicheskiye problemy, svyazannyye s ispol’zovaniyem rasplavlennykh sistem ftoridov [Metallurgical problems associated with the use of molten fluoride systems] // Yadernoye goryucheye i reaktornyye materialy. 1959. P. 36–52. [In Russian].
  10. Manly W.D., Adamson G.M., Coobs J.H., DeVan J.H., Douglas D.A., Hoffman E.E., Patriarca P., Aircraft reactor experiment-metallurgical aspects. ORNL-2349, 1957.
  11. Ignat’yev V.V., Kryukov O.V., Khaperskaya A.V. i dr. Zhidkosolevoy reaktor dlya zamykaniya yadernogo toplivnogo tsikla po vsem aktinoidam [Liquid-salt reactor for closing the nuclear fuel cycle for all actinides] // Atomnaya energiya. 2018. 125. № 5. P. 251–255. [In Russian].
  12. Young D.J. High Temperature Oxidation and Corrosion of Metals. Elsevier Science, 2016.
  13. Guo S., Zhang J., Wub W., Zhou W. Corrosion in the molten fluoride and chloride salts and materials development for nuclear applications // Progress in Material Science. 2018. 97. Р. 448–487.
  14. Wang Y., Zhang S., Ji X., Wang P., Li W. Material corrosion in molten fluoride salts // Int. J. Electrochem. Sci. 2018. 13. Р. 4891–4900.
  15. DeVan J.H., Evans R.B. Corrosion behavior of reactor materials in fluoride salt mixtures. ORNL-TM-328, 1962.
  16. Janz G.J. // Molten Salts Handbook. 1967. P. 383–387. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-395642-2.50032-0
  17. Olson L.C., Ambrosek J.W., Sridharan K., Anderson M.H., Allen T.R. Materials corrosion in molten LiF–NaF–KF salt // J. Fluorine Chem. 2009. 130. P. 67–73.
  18. Kelleher B.C., Dolan K.P., Brooks P., Anderson M.H., Sridharan K. // J. Nucl. Eng. Radiat. Sci. 2015. 1. № 4. Р. 041010. https://doi.org/10.1115/1.4030963
  19. Zheng G., Kelleher B., Cao G., Anderson M., Allen T., Sridharan K. // J. Nucl. Mater. 2015. 46. Р. 143–150. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.03.004
  20. Yang X., Zhang D., Liu M., Feng S. and other // Corrosion Sci. 2016. 109. Р. 62–67. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2016.03.029
  21. De Van J.H. Effect of alloying additions of corrosion behavior of nickel-molybdenum alloys in fused fluoride mixtures. ORNL TM-2021, 1969.
  22. Ozeryanaya I.N. Corrosion of metals by molten-salts in heat-treatment processes // Met. Sci. Heat Treat. 1985. 27. № 3–4. Р. 184–188.
  23. Fabre S., Cabet C., Cassayre L., Chamelot P., Delepech S., Finne J., Massot L., Noel D. Use of electrochemical techniques to study the corrosion of metals in model fluoride melts // J. Nucl. Mater. 2013. 441. Р. 583–591.
  24. Delpech S., Cabet C., Slim C., Picard G.S. Molten fluorides for nuclear applications // Mater. Today. 2010. 13. № 12. Р. 34–41.
  25. Raiman S.S., Lee S. Aggregation and data analysis of corrosion studies in molten chloride and fluoride salts // J. Nuclear Materials. 2018. 511. P. 523–535.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (116KB)
3.

Download (698KB)
4.

Download (437KB)
5.

Download (68KB)
6.

Download (90KB)
7.

Download (1MB)

Copyright (c) 2022 Э.А. Карфидов, Ю.П. Зайков, Е.В. Никитина, К.Е. Селиверстов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».