Development of aluminum powder alloy coating for innovative nuclear systems with lead-bismuth

鉛ビスマスを用いた革新的原子力システムのためのAl粉末合金被覆の開発

倉田 有司; 佐藤 英友*; 横田 仁志*; 鈴木 徹也*

Kurata, Yuji; Sato, Hidetomo*; Yokota, Hitoshi*; Suzuki, Tetsuya*

液体鉛ビスマスは、長寿命放射性核種の核変換処理を目的とした加速器駆動システムや高速炉などの革新的原子力システムにおいて使用することが検討されている。このシステムの課題の一つは、鉛ビスマスによる腐食に対する鋼材の耐食性確保である。本研究では、鋼材の耐食性確保のため、Al粉末合金被覆法の開発を行った。Al, Ti, Fe粉末から作製したシート材をSUS316基材に載せ、レーザー加熱によって、Al合金被覆を施した。被覆層のAl濃度の制御は、シート材の組成,レーザーの走査速度などを調整することにより、可能となった。被覆を施した試験片を供試材として、酸素濃度を制御した550Cの鉛ビスマス中で、1,000h及び3,000hの腐食試験を行った。腐食試験の結果、レーザー走査速度が遅く、Al濃度が58mass%の被覆が、SUS316で観察された鉛ビスマスによる激しい腐食を防いでいることがわかった。

Liquid lead-bismuth is a candidate material used for innovative nuclear systems such as accelerator driven reactors and fast reactors. Development of corrosion resistant materials in liquid lead-bismuth is one of important research subjects to realize these systems. In this study, improvement of corrosion properties in lead-bismuth by Al alloy coating was investigated. Aluminum alloys were coated on 316SS using sheets made of Al, Ti and Fe powders, and laser heating. Adjustments of chemical composition in sheets and scanning rate of laser beam enabled us to control Al concentration in coating layers. The corrosion tests were conducted at 550C for 1,000 hours or 3,000 hours in oxygen-controlled lead-bismuth. As a result of the corrosion tests, it was found that the coating with Al concentration of 5 to 8 mass% showed good corrosion resistance.