Los investigadores han explorado revestimientos protectores para prevenir la corrosión en los reactores de fusión. Probaron α-Al2Y3 Capas de óxido en aleaciones ODS en un entorno de litio-plomo fluido y de alta temperatura. Incluso la aleación ODS desnuda forma un γ-LiAlO duradero2 capa en el sitiolo que suprime aún más la corrosión. Las capas mostraron una fuerte adhesión bajo tensión mecánica, lo que hace que estos resultados sean importantes para mejorar la estabilidad del material en reactores de fusión y sistemas de energía de alta temperatura.
Los reactores de fusión, una fuente prometedora de energía sostenible, requieren materiales avanzados que puedan soportar las temperaturas extremas y los ambientes corrosivos creados por refrigerantes metálicos líquidos como el litio y las aleaciones de litio-plomo (LiPb). Estos refrigerantes son necesarios para extraer y propagar calor en los reactores de fusión, pero su naturaleza corrosiva amenaza la integridad de los materiales estructurales utilizados. El LiPb es particularmente agresivo, ya que contiene una alta concentración de litio, que reacciona con el material estructural provocando corrosión y degradación del material con el tiempo.
Las aleaciones ODS FeCrAl, conocidas por su excelente resistencia a altas temperaturas y a la corrosión, se han propuesto como candidatas prometedoras para otras aplicaciones de alta temperatura, como reactores de fusión y sistemas de energía solar concentrada. Estas aleaciones dependen de la formación de capas protectoras de óxido como α-Al.2Y3lo que proporciona estabilidad y durabilidad bajo altas temperaturas. Sin embargo, en un entorno de LiPb líquido, las interacciones químicas entre la aleación y el refrigerante generan preocupaciones sobre la durabilidad y longevidad de estas capas protectoras.
En esta perspectiva, un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias de Tokio (Science Tokyo), dirigido por el profesor asociado Masatoshi Kondo, en colaboración con el Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión, la Universidad Nacional de Yokohama, Nippon Nuclear Fuel Development y el Departamento de Investigación, realizaron pruebas de corrosión. LiPb líquido a temperaturas elevadas sobre capas de óxido formadas en aleaciones ODS FeCrAl bajo exposición prolongada al flujo. Su investigación fue publicada en la revista. Ciencia de la corrosión el 17 de septiembre de 2024.
Los investigadores probaron la corrosión utilizando dos tipos de aleaciones ODS FeCrAl: SP10 y NF12. Los experimentos se realizaron en condiciones de flujo estacionario y agitado a 873 K para simular condiciones realistas en el sistema de refrigeración de un reactor de fusión. Emplearon técnicas avanzadas de análisis metalúrgico, incluida la microscopía electrónica de transmisión de barrido con espectroscopia de pérdida de energía electrónica, para investigar la composición y microestructura de las capas protectoras de óxido formadas en la superficie compuesta.
Descubrieron que el α-Al preformado2Y3 La capa suprime eficazmente la corrosión inicial pero se transforma parcialmente en α-/γ-LiAlO2 Debido a la absorción de litio. Curiosamente, incluso sin aleaciones ODS preoxidadas en el sitio produjo un γ-LiAlO duradero2 capa, que actúa como una barrera protectora autoformada. El análisis microestructural mediante microscopía electrónica mejorada reveló la infiltración de litio en α-Al.2Y3 capa, lo que lleva a transformaciones químicas. A pesar de esto, tanto α-Al2Y3 y γ-LiAlO2 Las capas mostraron una fuerte resistencia a la exfoliación. Las pruebas de microarañazos confirmaron que estas capas se adhieren fuertemente a la superficie de la aleación, con una degradación mínima, incluso bajo estrés térmico elevado debido a la solidificación del LiPb.
“La durabilidad de la capa de óxido de litio y aluminio muestra que estas aleaciones pueden durar más en entornos de alta temperatura y estrés. Esta capa actúa como un escudo duradero que continúa protegiendo los componentes del reactor después del desgaste inicial”, explica Kondo.
A medida que evoluciona la tecnología nuclear, estos hallazgos nos acercan un paso más al desarrollo de reactores que puedan operar de manera segura durante períodos de tiempo más prolongados, lo que hace que las fuentes de energía sostenibles sean más factibles. “Nuestros resultados muestran que las aleaciones ODS FeCrAl, con su capacidad para formar capas protectoras duraderas, pueden desempeñar un papel importante en el futuro de los reactores de fusión y otros sistemas de energía de alta temperatura”, dijo Kondo, destacando las implicaciones del estudio de investigación.