Development of Al-alloy coating for advanced nuclear systems using lead alloys

鉛合金を用いる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*

鉛合金を用いる原子力システムは、安全性の高い高速炉システム概念の一つとして有望であるが、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に開発したAl, Ti, Fe粉末を用いレーザービーム加熱を利用したAl合金被覆法について記述している。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る。これらの欠陥をなくすためには、レーザービーム走査速度を下げること及び被覆層のAl濃度の調整が有効である。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を明らかにした。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4-12wt%であることを示した。

Nuclear systems using lead alloys 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). It is necessary to improve corrosion resistance of steels because of high corrosiveness of liquid LBE at high temperatures. 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 have been studied. According to results of the corrosion tests at 550C in liquid LBE, the Al-alloy coating layers on 316SS prevent severe corrosion attack observed in 316SS without coating. The good corrosion resistance of the Al-alloy coating is based on the thin Al-oxide film regenerated in liquid LBE. It is estimated that the range of the adequate Al concentration in the coating layer is from 4 to 12 wt%.