» » О влиянии электропереноса на длительную прочность материала в натрии
11.01.2015

Выше приводились результаты испытания сплавов ЭИ869, ЭИ827 и ЭИ765 на длительную прочность в натрии в условиях термического переноса массы. Было показано, что снижение их длительной прочности обусловлено только коррозионным воздействием среды. При тщательном исследовании переноса массы было установлено, что между концами удлиненного образца длительной прочности (см. рис. 95) возникает электродвижущая сила. Определение ее производили точно так же, как и определение э. д. с. конвекционных камер. К верхнему концу удлинительной трубочки, изготовленной из стали Х18Н10Т, и к образцу ниже его рабочей части приваривали электроды из стали Х18Н10Т. Следовательно, один из концов верхнего электрода находился при температуре холодной зоны жидкометаллической системы, другой — при комнатной; концы второго электрода — при температуре горячей зоны и комнатной. Подключение потенциометра к этим электродам показало, что между концами образца возникает электродвижущая сила, причем наличие ее связано с присутствием внутри образца жидкого металла. Справедливость этого заключения подтверждается тем, что э. д. с. составляет несколько милливольт при наличии жидкого металла в образце и разности температур между горячей и холодной зонами несколько сот градусов и только 0,1—0,2 мв при отсутствии жидкого металла в образце при этой же разности температур.
Возникающая таким образом электродвижущая сила имеет термоэлектрическую, а не электрохимическую природу. Однако и в этом случае есть предположение, что она может оказывать влияние на коррозионный процесс.
Уикс и Клемут, как уже указывалось ранее, предполагают, что в связи с высокой электропроводностью жидких металлов под действием термоэлектродвижущей силы может возникать электрический ток большой силы, который вызовет электроперенос компонентов конструкционного материала. Поэтому необходимо выяснить, связано ли с электродвижущей силой и, следовательно, с электропереносом снижение длительной прочности материала или же коррозионный процесс определяется только термическим переносом массы. С этой целью были проведены испытания на длительную прочность в условиях переноса массы при пропускании череп образец постоянного электрического тока.
О влиянии электропереноса на длительную прочность материала в натрии

Схема опыта изображена на рис. 150. В качестве источника постоянного тока использовался селеновый выпрямитель типа ВСГ-3М. Регулирование силы тока в цепи образца осуществлялось ренегатом, причем необходимая сила тока устанавливалась в начале испытания, а затем, вплоть до момента разрушения образца, оставалась постоянной. Испытанию был подвергнут сплав марки ЭИ869. Температура рабочей части образцов была 750° С, температура холодной зоны — около 400° С. Такие температурные условия поддерживались при испытании образцов под током и без тока. Сила тока во всех испытаниях равнялась 190 а. Образцы испытывали на длительную прочность под напряжением 15 кгIмм2. Испытания проводили на машинах типа УИМ-5. Результаты испытаний представлены в табл. 54.
О влиянии электропереноса на длительную прочность материала в натрии

Как видно из таблицы, жидкий натрий вызывает одинаковое снижение длительной прочности материала по сравнению с ее уровнем на воздухе независимо от того, протекает электрический ток через жидкометаллическую среду или нет. Соответственно не оказывает влияния на длительную прочность материала направление электрического тока в жидкометаллической системе. Значения времени до разрушения всех образцов в натрии находятся в пределах обычного для данной длительной прочности разброса.
Выше упоминалось, что в общей цепи протекал ток, равный 190 а. Наибольший интерес представляет значение силы электрического тока и его плотности для жидкометаллического потока. Считая, что трубка и наполняющий ее жидкий металл образуют цепь из параллельно включенных проводников, находим, что сила тока, протекающего через жидкий натрий, составляла приблизительно 160 a, a через трубку — 30 а. Соответственно плотность тока через натрий 204 а/см2, т. е. была достаточно высока.
В подвижной жидкометаллической среде не могут, конечно, наблюдаться такие же эффекты электропереноса растворенных элементов, какие наблюдаются в статических условиях при опытах с капиллярными трубками. Однако можно предполагать, что дополнительный импульс, который получают находящиеся в растворе атомы под действием электрического тока, будет способствовать или, наоборот, препятствовать их движению под действием сил конвекции в верхнюю холодную часть камеры. Следовательно, если бы этот импульс был достаточно большим, то он мог бы оказать влияние на процесс переноса массы, ускоряя или замедляя его.
Естественно, что влияние электрического тока должно зависеть от его направления. Если при одном направлении тока перешедшие в жидкометаллический раствор ионы будут быстрее перемещаться в холодную зону, чем при отсутствии тока, то при изменении полярности, движение их будет замедляться действием тока. Интересно заметить, что в восходящем и нисходящем потоках жидкого металла электрические импульсы действуют на ионы в одном и том же направлении, но в восходящем потоке они ускоряют или замедляют движение ионов в холодную зону (зону кристаллизации), а в нисходящем потоке они соответственно замедляют или ускоряют движение этих же ионов в горячую зону (зону растворения). Следовательно, при испытании по описанной выше методике электрический ток должен ускорять или замедлять термический перенос массы, воздействуя на оба потока жидкого металла.
Изложенные выше соображения показывают, каким образом электрический ток может повлиять на процесс термического переноса массы. Электрический ток может быть вызван термоэлектродвижущей силой, возникающей между концами образца, а также внешним источником. В опытах на длительную прочность сплава ЭИ869 в жидком натрии величина термоэлектродвижущей силы составляла несколько милливольт. Следовательно, необходимо было, чтобы внешний источник тока создавал между концами образца разность потенциалов по крайней мере не меньшую, чем величина термоэлектродвижущей силы. Только при соблюдении этого условия электрический ток, вызванный внешним источником, сможет (при противоположном направлении) устранить влияние термотока на перенос массы, если термоток оказывает такое влияние. В опытах, изложенных выше, разность потенциалов под действием внешнего источника превышала термоэлектродвижущую силу примерно на порядок. Следовательно, необходимое при таких испытаниях условие было соблюдено. Несмотря на это, электрический ток, как показывают результаты опытов, не оказал влияния ни на время до разрушения образцов, ни на их пластичность.
Таким образом, можно сделать заключение, что на процесс термического переноса массы сплава ЭИ869 в жидком натрии, приводящий к преждевременному разрушению образцов, по сравнению с испытаниями на воздухе не оказывает влияния электрический ток, вызванный термоэлектродвижущей силой. Воздействие жидкометаллической среды но усиливается и не уменьшается и при значительно большей (примерно на порядок) плотности электрического тока, достигаемой подключением к жидкометаллической системе внешнего источника постоянного тока.