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Tesis

Evaluación de la aleación de aluminio AA 5052 (UNS A95052) para la fabricación de un desalinizador de tipo multiplaca

2017



TesistaDannisa Romina CHALFOUN
Ingeniera en Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
DirectoresDr. Mariano Alberto KAPPES, CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina
Dr. Mauricio CHOCRÓN.  CNEA, UNCuyo - Argentina
Lugar de realizaciónDivisión Corrosión Básica - Departamento Corrosión - Gerencia Materiales -  Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Fecha Defensa12/10/2017
JuradoIng. Humberto Eduardo ADABBO.  Universidad de Buenos Aires - Argentina
Ing. Liliana BERARDO.  INTI Procesos Superficiales - Argentina
Dra. Liliana LANZANI.  CNEA, UNSAM - Argentina
CódigoITS/TM 184/17

Título completo

Evaluación de la aleación de aluminio AA 5052 (UNS A95052) para la fabricación de un desalinizador de tipo multiplaca

Resumen

La desalinización nuclear es una buena alternativa frente a la escasez de agua potable mundial. La elección de un material resistente a las condiciones operativas severas presentes en un desalinizador nuclear representa un desafío. La aleación de aluminio comercial AA 5052 (UNS A95052) con un contenido de 2,5% de magnesio en solución sólida, se eligió como candidata para la fabricación de las placas de un desalinizador multiplaca diseñado en CNEA, el cual operará por destilación multiefecto. Las ventajas de dicho material incluyen buena relación resistencia mecánica/costo, adecuada conductividad térmica, inocuidad de sus productos de corrosión, buena mojabilidad en agua de mar inclusive a altas temperaturas y excelente resistencia a la corrosión en presencia de cloruros en pH neutro. Sin embargo, el diseño del equipo contempla el uso de un marco de sellos elastoméricos entre placas que puede favorecer el ingreso de cloruros en el espacio entre ambos, resultando necesaria la caracterización a la resistencia a la corrosión en rendijas en el rango de temperaturas de operación del desalinizador.

Se estudió la resistencia a la corrosión por picado y en rendijas a 30°C, 60°C y 85°C en soluciones de NaCl de 65.000 ppm y 45.000 ppm, en medio deaereado y a pH neutro. La caracterización se realizó mediante parámetros electroquímicos como potenciales de corrosión y potenciales de inicio y de repasivación utilizando técnicas electroquímicas de evolución temporal del potencial de corrosión, polarización potenciodinámica cíclica (PD o CPP) y ensayos multi-etapa de polarizaciones potenciodinámica, galvanostática (o potenciostática) y potenciodinámica (PD-GS-PD y PD-PS-PD). Se analizó la profundidad de las picaduras variando la carga eléctrica circulada por la probeta y se estudió el caso de una posible contaminación por ingreso de oxígeno y presencia de iones Cu++ disueltos en la solución en presencia de rendijas. Adicionalmente, se estimó la química de la solución dentro de las cavidades utilizando el Modelo de Acidificación Localizada. Por último, se analizó la superficie de ataque mediante microscopía óptica y electrónica y a través de los patrones de ataque obtenidos por perfilometría en muestras con y sin presencia de rendijas.

 De acuerdo a los resultados obtenidos, es posible sugerir que la presencia de juntas elastoméricas no representará una amenaza adicional a la integridad de las placas del desalinizador.

Palabras clave: desalinización nuclear – destilación multi-efecto – corrosión localizada – aluminio – aleación 5052 – corrosión por picado – corrosión en rendijas – modelo de acidificación localizada – técnicas electroquímicas

Complete Title

Evaluation of aluminium alloy AA 5052 (UNS A95052) for the fabrication of a multiplate desalinator

Abstract

Nuclear desalination is a suitable alternative to face global fresh water shortage. Among the challenges associated to the fabrication of a nuclear desalinator, the materials selection must be performed adequately so that the plant will withstand the severe operating conditions. A wrought and non-heat treatable aluminium alloy, AA5052 (UNS A95052), with a content of ~2,5% of magnesium in solid solution has been chosen as a candidate for the plates of a multi-plate desalinator fully designed in CNEA according to the principles of multi-effect desalination. AA5052 possess several advantages for this application, including good thermal conductivity, low cost when compared to copper or titanium alloys, the non-toxicity of the alloys or its corrosion products, good wettability in seawater at high temperature and excellent corrosion resistance in chloride solutions at neutral pH. Nonetheless, the design includes an elastomeric gasket between the plates, which can promote the initiation of crevice corrosion on the metal surface when chlorides are present in bulk water. In order to guaranty the integrity of the plates during service, it is required to characterize localized corrosion under relevant temperature and chloride concentration ranges.

Accordingly, a pitting and crevice corrosion study was carried out at 30°C, 60°C and 85°C in solutions with contents of 65.000 and 45.000 ppm of NaCl, in absence of oxygen and at neutral pH. Electrochemical parameters like corrosion, initiation and repassivation potentials were obtained by different sets of electrochemical tests, including evaluation of the potential at open circuit condition, cyclic potentiodynamic polarizations (CPP or PD) and multi-stage polarizations experiments like potentiodynamic-galvanostatic (or potentiostatic)-potentiodynamic (PD-GS-PD and PD-PS-PD). Localized corrosion cavities depth was studied by varying the anodic charge that was circulated through the sample and also, a possible contamination due to oxygen and heavy metal ions like Cu2+ in samples with an O-ring crevice former was simulated. Additionally, the localized acidification model was applied in order to estimate the solution composition inside the cavities. The extent of the localized corrosion damage and its morphology were determined by surface characterization techniques such as optical and scanning electron microscopy and profilometry.

Based on the reported results, it can be inferred that the elastomeric gaskets will not represent an additional risk for the desalinator plate’s integrity.

 Keywords: nuclear desalination– multi-effect distillation – localized corrosion – aluminium – Alloy AA5052 – pitting corrosion – crevice corrosion – localized acidification model – electrochemical techniques


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