Evaluación frente a la corrosión de aleaciones de aluminio utilizadas o candidatas a ser utilizadas como revestimiento de combustibles nucleares en reactores de investigación
2026
| Tesista | Katherine JIMÉNEZ RODRÍGUEZ |
| Directores | Dra. Evelina M. Linardi. CNEA - Argentina |
| Lugar de Realización | Gerencia Materiales - CNEA - Argentina |
| Fecha Defensa | 1/04/2026 |
| Jurado | Dra. Dannisa Chalfoun. University of Oxford- EE:UU |
Título completo
Evaluación frente a la corrosión de aleaciones de aluminio utilizadas o candidatas a ser utilizadas como revestimiento de combustibles nucleares en reactores de investigación
Resumen
En el presente trabajo se evalúa el comportamiento frente a la corrosión de las aleaciones AA5754 y AA5052, en forma comparativa con la aleación AA6061, actualmente empleada como material de revestimiento en combustibles de reactores nucleares de investigación en Argentina y seleccionada para el reactor multipropósito RA-10. El objetivo es analizar la viabilidad del uso de la serie 5xxx como material alternativo desde el punto de vista de la corrosión, considerando su mayor estabilidad dimensional durante la fabricación de los elementos combustibles (EECC).
Inicialmente se estudió el comportamiento electroquímico de las tres aleaciones en soluciones de NaCl diluido y de NaCl/H2O2, observándose diferencias significativas en el comportamiento pasivo entre las aleaciones de la serie 5xxx y la AA6061 ante el aumento de la concentración de H2O2. Asimismo, en la serie 5xxx se identificó, mediante microscopía óptica y electrónica de barrido, un ataque localizado de carácter cristalográfico, con morfología y propagación diferentes al picado clásico inducido por cloruros observado en la AA6061.
Con base en estos resultados, se realizaron ensayos de inmersión a temperatura ambiente durante 120 días en soluciones de NaCl, NaCl/H2O2 y H2O2, evaluándose la evolución del crecimiento de los óxidos mediante mediciones de aumento de masa de las probetas y de espesor de la película. Estos resultados permitieron evaluar la acción sinérgica entre el ion cloruro y el peróxido como agente oxidante, relevante en condiciones de almacenamiento húmedo de elementos combustibles gastados (ECG).
Además, se llevaron a cabo ensayos comparativos en autoclave estática, siguiendo una rampa de temperatura, la cual simula el calentamiento de la interfaz óxido/metal de los EECC dentro del reactor, estableciéndose diferencias en la estabilidad y velocidad de crecimiento del óxido en función del contenido de magnesio incorporado a la capa formada.
Si bien el trabajo permitió establecer diferencias claras en la respuesta a la corrosión entre las aleaciones estudiadas, se destaca la necesidad de profundizar en la influencia del historial termomecánico sobre su comportamiento frente al ataque corrosivo.
Inicialmente se estudió el comportamiento electroquímico de las tres aleaciones en soluciones de NaCl diluido y de NaCl/H2O2, observándose diferencias significativas en el comportamiento pasivo entre las aleaciones de la serie 5xxx y la AA6061 ante el aumento de la concentración de H2O2. Asimismo, en la serie 5xxx se identificó, mediante microscopía óptica y electrónica de barrido, un ataque localizado de carácter cristalográfico, con morfología y propagación diferentes al picado clásico inducido por cloruros observado en la AA6061.
Con base en estos resultados, se realizaron ensayos de inmersión a temperatura ambiente durante 120 días en soluciones de NaCl, NaCl/H2O2 y H2O2, evaluándose la evolución del crecimiento de los óxidos mediante mediciones de aumento de masa de las probetas y de espesor de la película. Estos resultados permitieron evaluar la acción sinérgica entre el ion cloruro y el peróxido como agente oxidante, relevante en condiciones de almacenamiento húmedo de elementos combustibles gastados (ECG).
Además, se llevaron a cabo ensayos comparativos en autoclave estática, siguiendo una rampa de temperatura, la cual simula el calentamiento de la interfaz óxido/metal de los EECC dentro del reactor, estableciéndose diferencias en la estabilidad y velocidad de crecimiento del óxido en función del contenido de magnesio incorporado a la capa formada.
Si bien el trabajo permitió establecer diferencias claras en la respuesta a la corrosión entre las aleaciones estudiadas, se destaca la necesidad de profundizar en la influencia del historial termomecánico sobre su comportamiento frente al ataque corrosivo.
Complete Title
Corrosion assessment of aluminum alloys used or candidates for use as nuclear fuel cladding in research reactors
Abstract
In the present work, the corrosion behavior of AA5754 and AA5052 alloys is evaluated in comparison with the AA6061 alloy, currently used as cladding material in nuclear research reactor fuels in Argentina and selected for the RA-10 multipurpose reactor. The objective is to analyze the feasibility of using the 5xxx series as an alternative material from the corrosion standpoint, considering its greater dimensional stability during the fabrication of fuel elements (FE).
Initially, the electrochemical behavior of the three alloys was studied in diluted NaCl and NaCl/H₂O₂ solutions, and significant differences in passive behavior were observed between the 5xxx series alloys and AA6061 as the H₂O₂ concentration increased. Likewise, in the 5xxx series, localized crystallographic attack was identified by optical microscopy and scanning electron microscopy, with morphology and propagation different from the classical chloride-induced pitting observed in AA6061.
Based on these results, immersion tests were carried out at room temperature for 120 days in NaCl, NaCl/H₂O₂, and H₂O₂ solutions, evaluating the evolution of oxide growth through measurements of specimen mass gain and film thickness. These results made it possible to assess the synergistic action between the chloride ion and peroxide as an oxidizing agent, relevant under wet storage conditions of spent fuel elements (SFE).
Finally, comparative tests were conducted in a static autoclave, following a temperature ramp that simulates the heating of the oxide/metal interface of the fuel elements within the reactor, establishing differences in the stability and growth rate of the oxide as a function of the magnesium content incorporated into the formed layer.
Although the work made it possible to establish clear differences in the corrosion response among the studied alloys, the need to further investigate the influence of thermomechanical history on their behavior under corrosive attack is highlighted.
Initially, the electrochemical behavior of the three alloys was studied in diluted NaCl and NaCl/H₂O₂ solutions, and significant differences in passive behavior were observed between the 5xxx series alloys and AA6061 as the H₂O₂ concentration increased. Likewise, in the 5xxx series, localized crystallographic attack was identified by optical microscopy and scanning electron microscopy, with morphology and propagation different from the classical chloride-induced pitting observed in AA6061.
Based on these results, immersion tests were carried out at room temperature for 120 days in NaCl, NaCl/H₂O₂, and H₂O₂ solutions, evaluating the evolution of oxide growth through measurements of specimen mass gain and film thickness. These results made it possible to assess the synergistic action between the chloride ion and peroxide as an oxidizing agent, relevant under wet storage conditions of spent fuel elements (SFE).
Finally, comparative tests were conducted in a static autoclave, following a temperature ramp that simulates the heating of the oxide/metal interface of the fuel elements within the reactor, establishing differences in the stability and growth rate of the oxide as a function of the magnesium content incorporated into the formed layer.
Although the work made it possible to establish clear differences in the corrosion response among the studied alloys, the need to further investigate the influence of thermomechanical history on their behavior under corrosive attack is highlighted.
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