핵연료피복관용 Zr 합금의 부식특성 및 산화막 미세구조 = Corrosion Characteristics and Oxide Microstructure of Zirconium Alloys for Nuclear Fuel Cladding

국문 초록 (Abstract)

Zr합금의 부식거동을 평가하기 위하여 여러 가지 1족 알칼리 수산화물 용액 (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH)에서 autoclave를 이용하여 300일까지 부식시험을 실시하였다. 산화막 특성은 TEM을 이용하여 천이전과 천이후에 동일 산화막두께를 갖도록 준비된 부식시편에 대해 수행되었다. 실험결과를 고려할 때 금속이온은 부식과정에서 매우 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다. 즉 $Li^+$가 $Zr^{4+}$ 치환하여 산소농도는 증가하고 부식은 가속되는데 산화막 내부의 barrier layer에서 $Li^-$치환이 부식을 제어하는 것으로 판단된다.동일 두께의 산화막 일지라도 산화막의 구조는 모두 다르다. 32.5mmol LiOH에서 생성된 산화막온 천이전,후에 관계 없이 많은 기공이 함유된 등축정 구조를 갖는다. 반면에 NaOH에서 생성된 산화막은 천이전에는 주상정 구조를 갖지만 천이후에는 다공성의 등축정 구조로 바뀐다. KOH용액에서는 천이전에는 주상정과 비정질 산화막의 이중 구조를 갖지만 천이후에는 비정질 산화막은 사라직 전반적으로 주상정 구조가 형성된다. 부식거동과 산화막 관찰로부터 금속이온의 산화막내 치환이 부식속도와 산화막 미세구조를 지어한다는 것을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The corrosion characteristics of zirconium alloys have been investigated in various aqueous solutions of LiOH. NaOH, KOH, RbOH. and CsOH at 3S$0^{\circ}C$. The concentrations of solutions were set to 4.3 mmol and 32.Smmol with equimolar $M^+$ and OH . The oxide characterization was performed using TEM on the samples corroded in 32. Smmol LiOH, NaOH, and KOH solution. The samples were prepared to have the same oxide thickness for the pretransition and post- transition regimes. Considering the trend of experimental data, the cation would playa major role in the corrosion process of Zr alloys in alkali hydroxide solutions. The microstructures of the oxides formed in various solutions were quite different. In LiOH solution the oxides grown in pre-transition as well as post-transition had the equiaxed structures with many pores and open grain boundaries. The oxides grown in NaOH solution had the protective columnar structures in pre-transition and the equiaxed structures with many open grain boundaries in post- transition. On the other hand. in KOH solution the columnar structure was maintained from pre- transition to post- transition. It was considered that the cation incorporation into zirconium oxide controlled the oxide characteristics and the corrosion acceleration in alkali hydroxide solutions.