» » Взаимодействие с азотом, водородом и другими примесями
11.01.2015

Установлено, что кроме кислорода усиление коррозионного воздействия жидких металлов на твердые вызывают также и некоторые другие примеси, например азот, водород и хлор. Однако сведения об их действии весьма ограниченны.
Так, присутствие азота в жидком литии приводит к повышению растворимости в изотермических условиях Fe, Cr, Ni, Nb и Ti. Азот считается даже более агрессивной примесью в литии, чем кислород. Об увеличении растворимости Fe и Ni в литии, содержащем азот, можно судить, например, по следующим данным. После выдержки железа в дистиллированном литии при температуре 800° С в течение 150 ч концентрация его в жидком металле составляла 0,007 вес. %. Такая же выдержка в литии, содержащем 1,1 вес.% N2, привела к увеличению содержания железа до 0,0106 вес. %. Выдержка никеля в дистиллированном литии при 800° С в течение 50 ч вызвала его растворение до 0,43 вес. %, а в металле, содержащем 0,985 или 1,77 вес.% N2, — до 0,60 вес.%. Из этих данных видно, что азот в большей мере способствует повышению растворимости в жидком литии железа, чем никеля. Установлено также, что азот вызывает не только повышение растворимости, но и увеличение скорости растворения этих металлов.
Взаимодействие с азотом, водородом и другими примесями

В табл. 26 приводятся результаты исследования химического состава лития после выдержки в нем образцов из стали 1Х18Н9Т при температуре 975° С в течение 110 ч. Из таблицы видно, что загрязнение лития азотом не в одинаковой степени способствует переходу в жидкометаллический раствор различных компонентов стали. В наибольшей мере увеличивается в этом случае растворимость хрома, меньше — никеля, а растворимость железа почти не изменяется. Таким образом, в случае многокомпонентной системы влияние азота оказалось иным, чем в трехкомпонентных системах Li—Fe—N и Li—Ni—N. Следует обратить внимание на многократное увеличение растворимости в литии, содержащем азот, хрома и никеля из стали 1Х18Н9Т. Это указывает на существенное усиление селективной коррозии сталей в литии при наличии и нем примеси азота. Усиление коррозионного разрушения поверхностного слоя стали 1Х18Н9Т в литии с примесью азота было подтверждено микроструктурным анализом. Установлено также, что загрязнение жидкого лития азотом приводит к развитию межкристаллитной коррозии стали. Испытания образцов на разрыв растяжением при комнатной температуре после коррозии в литии с примесью азота показали, что пластичность армко-железа и стали 1Х18Н9Т несколько снижается. Так, величина относительного сужения образцов стали 1Х18Н9Т после коррозионного испытания при 1150° С в течение 81 ч составляло 51,9% в случае дистиллированного лития и 38% — при содержании в нем 0,45 вес.% N2.
Присутствие азота в литии влияет не только на растворимость металлов, но и на термический перенос массы. В работе исследовалась коррозионная стойкость в литии стали типа 1Х18Н10 испытанием в конвекционных камерах. Температура горячей зоны во время испытаний равнялась 816° С, а холодной 427° С. Было проведено три испытания. В первом опыте использовался чистый литий (содержание азота менее 0,001 вес.% и кислорода менее 0,01 вес.%), над поверхностью жидкого металла поддерживалась защитная гелиевая атмосфера. Во втором опыте поверхность лития (использовался металл той же чистоты) не защищалась от воздействия воздуха. В третьем жидкий металл не только не защищался от воздействия воздуха во время испытания, но еще и предварительно выдерживался на воздухе. Результаты коррозионных испытаний оказались следующими. В первом случае после 720 ч испытания обнаружен незначительный перенос массы в холодную зону — в литии содержалось 0,1 вес. % Cr. Во втором случае холодная зона конвекционной камеры (внутренний диаметр 22 мм) оказалась закупоренной перенесенными сюда компонентами исследуемой стали уже через 72 ч работы. При этом в литии было обнаружено 4,6 вес. % Cr. В третьем опыте, с наиболее загрязненным жидким металлом, холодная зона камеры была закупорена через 48 ч испытания. Содержание хрома в литии составляло 25 вес. %, обнаружено также обеднение хромом поверхностного слоя стали толщиной 5—10 мкм в горячей зоне камеры. Хотя наблюдавшееся в работе усиление коррозионного воздействия лития было связано с присутствием в нем азота и кислорода, так как жидкий металл загрязнялся вследствие контакта с воздухом, однако основное влияние оказывал, по-видимому, азот. Об этом говорит преимущественное растворение хрома в данных опытах, так же как и в опытах, результаты которых представлены в табл. 26. При загрязнении лития кислородом никель растворялся из стали 1Х18Н9Т в большей мере, чем хром.
Считается, что в жидком натрии азот нерастворим. Однако известно, что он может влиять на коррозию материалов в натрии, если содержится в защитной газовой атмосфере. Так как перенос азота через натрий требует некоторой его растворимости, то, вероятно, азот все же растворяется в натрии, но в очень малых, трудноопределимых количествах, а поэтому и не влияет на коррозионный процесс, когда содержится только в жидкометаллическом растворе. Наличие азота в защитной атмосфере вызывает азотирование поверхностного слоя некоторых нержавеющих сталей, что приводит к снижению их прочности и пластичности при испытании на разрыв растяжением, а также к снижению их усталостной и длительной прочности (по существу это изотермический перенос азота).
Коррозионное воздействие жидкого лития усиливается при наличии в нем LiOH. Однако влияние гидрата может наблюдаться при температуре не выше 450° С. При более высоких температурах он разлагается на окись лития LiO и гидрид LiH. Усиление коррозии материалов в литии, содержащем гидрид, подтверждается данными работы.
Введение водорода в жидкий сплав натрия с калием (70/30) приводит к поглощению водорода ниобием (увеличение концентрации водорода в ниобии от 0,001 до 0,02 вес.%) и вызывает охрупчивание последнего. Эти опыты производились в контуре при температуре 350° С, водород вводился в холодную ловушку, находившуюся при 100—200° С. Установлено, что в этом случае образуется гидрид натрия. Замечено, что скорость поглощения водорода наклепанным ниобием увеличивается но сравнению с отожженным.
Агрессивной коррозионной примесью в жидком натрии является углерод. Растворимость его в натрии, содержащем 0,003 вес.% O2, подчиняется в температурном интервале 147/700° С зависимости
Взаимодействие с азотом, водородом и другими примесями

где n — растворимость углерода, 10в4 вес.%.
В натрии, содержащем 0,026 вес.% O2, растворимость углерода выше и описывается в том же температурном интервале уравнением
Взаимодействие с азотом, водородом и другими примесями

Присутствие углерода в натрии вызывает науглероживание поверхностного слоя нержавеющих сталей, находящихся в контакте с жидким металлом. Закономерности процесса в этом случае во многом подобны закономерностям, наблюдаемым при науглероживании вследствие изотермического переноса углерода.
Кроме перечисленных выше примесей, усиливающих коррозионное влияние жидкометаллической среды, указывается также, что аналогичное действие производит хлорид лития, растворенный в жидком литии. Однако результаты экспериментального исследования коррозии материалов в литии, содержащем его хлорид, не приводятся.