Процессы, обусловленные наличием неметаллических компонентов

Влияние примесей в жидком металле на растворение и перенос массы компонентов твердого металла. Горячие и холодные ловушки.

Селективная коррозия сплавов

Если коррозии подвергается сплав, возможно преимущественное (селективное), растворение одного из его компонентов, что приводит к образованию зоны, состав которой отличается от состава исходного материала. это сопровождается фазовыми превращениями, например при коррозии хром никелевых сталей в литие в поверхностом слое наблюдается превращение аустенита в феррит, вызванное преимущественным растворением никеля и хрома. Медленной стадией определяющей скорость избирательного растворения является диффузия атомов растворяющегося металла из глубины сплава к его поверхности.

Присутствие в жидком щелочном Ме О₂ и N₂ способствует растворению и переносу массы конструкционных материалов. Они образуют сложные соединения типа (Na₂O)₂FeO, NaNiO₂, K₂MaO₄, которые могут появляться как в объеме жидкого Ме, так и на поверхности твердого Ме. В случае отслаивания поверхностной пленки происходит более интенсивная убыль массы исходного Ме. В неизотермических условиях образование комплексов способствует переносу массы. Например, окисел (Na₂O)₂FeO более устойчив при высоких Т, образуется в горячей зоне в виде рыхлой плёнки на поверхности Fe. Эта плёнка разрушается потоком Na и переносится в холодную зону, где и разлагается. Fe кристаллизуется на холодной поверхности, а О₂ с потоком жидкого Ме вновь поступает в горячую зону, непрерывно участвуя в переносе Fe.

Загрязнение Na O₂ увеличивает изотермический переносв нем С. N увеличивает растворимость Fe и Ni в Li и термический перенос массы, адотирует поверхностный слой нерж. сталей. O в жидком сплаве Na+K вызывает охрупчивание Nb. С в жидком Na науглероживает поверхность нержавеющих сталей.

O, C, N – примеси внедрения, растворенные в жидком Ме, участвуют в процессе переноса масс. Особенности:

- наличие в одной системе сплавов, содержащих более или менее карбидообразующие вещества, напр., в сплавах системы Fe-Ni-Cr Fe и Cr – карбидообразующие элементы, способствующие переносу массы

- примеси в жидких Ме могут переходить в конструкционный материал, образуя оксиды, карбиды и др., тем самым оказывая влияние на механические свойства материалов

- наблюдается повышенное растворение Ме и повышенный перенос массы

- взаимодействие жидкого Ме с примесями, присутствующих в твердом Ме, приводит к проникновению жидкого Ме в конструкционные материалы.

Один из способов очистки основан на уменьшении растворимости примесей в жидком Ме при уменьшении Т. Он заключается в том, что часть теплоносителя непрерывно пропускают через линию, параллельную основному тракту (by pass - линия), в которой находится холодная ловушка, т.е. сосуд с более низкой Т, несколько превышающей Т_пл теплоносителя. Окислы или другие неМе примеси осаждаются на стальной стружке, которой заполнена холодная ловушка, и теплоноситель очищается от примесей до концентрации, равной её предельной растворимости в жидком Ме при Т холодной ловушки.

Концентрацию О₂ можно уменьшить до 0,005 %.

Для более полной очистки жидкого Ме от О₂ в by-pass линию включают горячую ловушку с геттерами (Ti, Cr, Y, V). В ловушке поддерживается высокая Т, чтобы поглощение шло с достаточной скоростью.

Введение в расплав ингибиторов, связывающих О₂ или образующих защитные пленки, уменьшает коррозию и перенос массы.

Например, 1 % Ba, введенного в жидкий Na при Т=550 ºС, уменьшает перенос массы в контуре из нержавеющей стали примерно в 100 раз. При введении Zr или Ti в жидкий Bi или Pb (до 0,05 % по массе) образуется защитная пленка нитридов и карбидов Zr и Ti, что мешает выходу твердого Ме в раствор и замедляется кристаллизация.

Дата добавления: 2014-01-05