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Tesis

Corrosión bajo tensión de circonio y aleaciones en soluciones de halogenuros

2001



Título Corrosión bajo tensión de circonio y aleaciones en soluciones de halogenuros
Nombre Farina, Silvia Beatriz
Licenciada en Física Universidad de Buenos Aires Argentina
Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales UNSAM
Directores Dr. Galvele José Rodolfo. CNEA
Dr. Duffó Gustavo S..
UNSAM CONICET . CNEA CAC
Fecha Defensa 27/08/2001
Jurado

Código Código IT IT/T--67/01

Resumen

En los laboratorios de corrosión de la CNEA se había determinado que el circonio y el Zircaloy-4 sufren corrosión bajo tensión en soluciones acuosas de cloruro a potenciales iguales o superiores al potencial de picado. Sin embargo, la naturaleza del fenómeno no había sido esclarecida. Por otra parte, la bibliografía sobre el tema es escasa y contradictoria. El desarrollo de nuevos modelos sugirió rever el fenómeno de corrosión bajo tensión de circonio y sus aleaciones con el objeto de determinar el mecanismo operante durante el mismo. En particular, el mecanismo de movilidad superficial, que no había sido desarrollado para la época del trabajo anterior, predice la existencia de corrosión bajo tensión en sistemas en los cuales se forma un compuesto de bajo punto de fusión que aumenta la movilidad superficial de las vacancias y permite el avance de la fisura por captura de las mismas en la punta de la fisura. El citado mecanismo predice corrosión bajo tensión de circonio tanto en soluciones de cloruro, como en soluciones de bromuro y yoduro, donde se forman compuestos contaminantes de bajo punto de fusión que inducirían el fenómeno. Por todo lo antedicho, el presente trabajo se orientó a determinar el mecanismo operante durante la corrosión bajo tensión de circonio y Zircaloy-4 en soluciones acuosas de halogenuros. A tal fin se determinaron las condiciones electroquímicas bajo las cuales ocurre el fenómeno, y también se investigó el efecto de la velocidad de deformación y de la temperatura. Se determinaron los potenciales de picado del circonio y del Zircaloy-4 en las soluciones antes mencionadas y, mediante la realización de ensayos de tracción a velocidad de deformación constante y potencial controlado, se observó susceptibilidad a la corrosión bajo tensión únicamente a potenciales mayores a los de picado. En ambos materials se encontraron dos etapas en la fisuración: la primera de ellas presenta morfología intergranular y corresponde a un proceso de disolución anódica localizado en bordes de grano asistido por tensiones. La segunda etapa, de morfología transgranular, corresponde al verdadero fenómeno de corrosión bajo tensión. Se determinó que la primera etapa es el paso limitante del proceso global, ya que la velocidad de propagación de fisuras intergranular es menor que la velocidad de propagación transgranular. Con respecto a la etapa de fisuración transgranular se analizó la aplicabilidad de diversos mecanismos de corrosión bajo tensión: disolución anódica, fragilización por hidrógeno, absorción y movilidad superficial. Los tres mecanismos mencionados en primer término, no han podido explicar los resultados obtenidos en el presente trabajo; mientras que el de movilidad superficial no presenta inconsistencias entre sus predicciones y los resultados experimentales. Se concluye finalmente que la movilidad superficial puede ser la causante la fenómeno de corrosión bajo tensión de circonio y Zircaloy-4 en soluciones de halogenuros.

Complete Title

Abstract

A doctoral thesis developed at the corrosion labs in CNEA a few years ago showed that zirconium and Zircaloy-4 were susceptible to stress corrosion cracking (SCC) in chloride aqueous solutions at potentials above the pitting potential. However, the nature of the phenomenon was not elucidated. On the other hand, references about the subject were scarce and contradictory. The development of new SCC models, in particular, the surface mobility SCC mechanism suggested a review of zirconium and zircaloy-4 SCC in halogenide aqueous solutions. This mechanism predicts that zirconium should be susceptible to SCC not only in chloride solutions but also in bromide and iodide solutions due to the low melting point of the surface compounds formed by the interaction between the metal and the environment. The present work was aimed to determine the conditions under which SCC takes place and the mechanism operating during this process. For that purpose, the effect of electrochemical potential, strain rate and temperature on the SCC susceptibility of both, zirconium and Zircaloy-4 in chloride, bromide and iodide solutions was investigated. It was observed that those materials undergo stress corrosion cracking only at potentials higher than the breakdown potential. The crack velocity increased slightly with the applied potential, and the strain rate had an accelerating effect on the crack propagation rate. In both materials two steps were found during cracking. The first one was characterized as intergranular attack assisted by stress due to an anodic dissolution process. This step is followed by a transition to a transgranular dome of propagation, which was considered as the true stress corrosion cracking step. The intergranular attack is the rate-determining step due to the fact that the transgranular propagation rate is higher than the intergranular propagation rate. Several stress corrosion cracking mechanisms were analyzed to explain the transgranular cracking. The predictions of the surface mobility SCC mechanism were in accordance with the experimental results obtained in the present work

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