Development of aluminum alloy coating for advanced nuclear systems using lead alloys

鉛合金を用いた先進原子力システムのためのアルミニウム合金被覆の開発

倉田 有司; 横田 仁志*; 鈴木 徹也*

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

鉛合金を用いる中小型原子力システムは、安全性を向上させた高速炉システム概念の一つとして有望である。液体鉛合金は高温で鋼材に対する腐食性が強いため、鋼材の耐食性を改善することが必要である。本論文は、液体鉛ビスマスを用いた原子力システムのためのAl合金被覆の開発に焦点を当てている。Al, Ti, Fe粉末を用い、レーザービーム加熱を利用したAl合金被覆法が開発された。このAl合金被覆において、形成される主な欠陥は、表面欠陥とクラックであった。これらの欠陥をなくすための条件は、レーザービーム走査速度を下げることと被覆層のAl濃度の調整である。550Cの液体鉛ビスマス中での腐食試験により、316SS上のAl合金被覆層は、被覆なしの316SSで顕著であった粒界腐食や鉛ビスマスの侵入を防いでいることがわかった。Al合金被覆の優れた耐食性は、鉛ビスマス中で再生される薄いAl酸化膜によっていることが明らかになった。Al合金被覆層の健全性と耐食性保持の観点から、適切なAl濃度の範囲は412wt%である。

Small and medium reactors using lead alloys as coolant are one of the promising reactor concepts with improved safety. This paper focuses on development of Al-alloy coating for nuclear systems using liquid lead-bismuth eutectic (LBE). Since corrosion attack becomes severe against steels at high temperatures, it is necessary to improve corrosion resistance. An Al-alloy coating method using Al, Ti and Fe powders, and laser beam heating has been developed. Main defects formed in an Al-powder-alloy coating process are surface defects and cracks. Conditions required to avoid these defects were found. According to results of the corrosion tests at 550 C in liquid LBE, the Al-alloy coating layers on 316SS protect severe corrosion attack observed in 316SS without coating. From the viewpoints of the soundness of coating layers and preservation of their corrosion resistance, it is estimated that the range of the adequate Al concentration in the coating layer is from 4 to 12 wt%.