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Aluminiumlegierungen
Aluminium eines Reinheitsgrades von mindestens 99, 5% Al und Aluminiumlegierungen auf dieser
Basis zeichnen sich bekanntlich durch höchste Beständigkeit gegen chemische Einflüsse aller Art und durch hervorragende physikalische Eigenschaften, wie gute elektrische Leitfähigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, geringer Absorptionsquerschnitt für Neutronen, Beständigkeit gegen Neutronenstrahlung, kurze Halbwerts- zeit aus ; das ist jener Zeitabschnitt bis zum Abklingen der Strahlung auf die halbe Intensität, d. h. bis zur Rückbildung der halben Menge von Al 28 ' Al 27 und beträgt in diesem Fall 2, 3 Minuten. Sie stellen deshalb den idealen Baustoff für Geräte der chemischen Industrie und der Atomtechnik dar.
In diesem Sinne können diese Legierungen für Behälter zum Eindampfen von Salzlösungen oder zum
Kochen wässeriger Flüssigkeiten aller Art, besonders unter erhöhtem Druck, sowie beim Reaktorbau im
Kern als Behältermaterial für das spaltbare Material und als Baustoff für die Halterung sowie für alle im heissen Teil des Reaktors verwendeten Geräte, herangezogen werden.
Nun erfährt aber die Anwendbarkeit dieser Werkstoffe dadurch eine empfindliche Einschränkung, dass sie schon bei Siedetemperatur des Wassers und in verstärktem Masse bei darüber gelegenen Temperaturen ihre hohe Korrosionsbeständigkeit verlieren und in Wasser, wenig aggressiven Flüssigkeiten und in Dämp- fen interkristallin zerstört werden.
Man hat bekanntlich festgestellt, dass durch Zugabe edlerer Metalle als Aluminium, insbesondere von Nickel, Kupfer, Eisen und von Silizium zusammen mit Eisen, die Neigung des Aluminiums zum Kornzerfall in wässerigen Medien bei erhöhter Temperatur ganz aufgehoben werden kann. Auf Grund dieser Erfahrungen wird für die Reaktortechnik eine Legierung des Aluminiums mit Nickel und Eisen, jedes etwa bis 1%, unter der Bezeichnung Canning-Metall empfohlen. Naturgemäss wird durch diese schweretallischen Zusätze die Beständigkeit des Aluminiums gegen Oberflächenkorrosion merklich verschlechtert. Im destillierten Wasser des Atomreaktors ist diese erhöhte Empfindlichkeit noch tragbar, obwohl auch hier die Bildung von nickel-und eisenhaltigem Schlamm und die kernphysikalischen Störungen durch die Schwermetalle als nachteilig beurteilt werden.
Für die chemische Industrie scheiden aber solche schwermetallhaltigen Aluminium-Werkstoffe wegen ihrer geringen Beständigkeit gegen salzhaltige, saure oder alkalische Lösungen schon bei normaler Temperatur aus.
Es wurde nun gefunden, dass bestimmte Metalle, die unedler oder wenig edler sind als Aluminium und die nach den bisherigen Erfahrungen in Aluminium nicht korrosionsfördernd, sondern passivierend wirken, in geringen Zusätzen zu Aluminium (mindestens 99, 5% AI) den Kornzerfall in heissen Lösungen verhindern und ausserdem die hohe Beständigkeit des Aluminiums gegen Oberflächenkorrosion nicht beeinträchtigen. Diese Forderungen erfüllen die Metalle Beryllium, Niob, Zirkon, Titan, Chrom und Mangan.
Diese Metalle müssen allein oder zusammen in Mengen von mindestens 0, 05% zugesetzt sein, um demAluminium die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion zu verleihen ; ihr Gehalt darf jedoch einzeln nicht über 0, 5% und bei Zusatz mehrerer Metalle nicht über 1 liegen, da sonst das Korrosionsverhalten der Oberfläche des Aluminiums beeinträchtigt wird.
Nachstehend werden einige Beispiele für die Zusammensetzung von Werkstoffen auf der Basis Aluminium (mindestens 99,5% Al) angeführt, die in wässerigen Lösungen auch bei Temperaturen über 3000 C weder durch Kornzerfall noch durch Oberflächenkorrosion zerstört werden :
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EMI2.1
<tb>
<tb> 0, <SEP> 5% <SEP> Cr <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 99, <SEP> 5
<tb> 0,2% <SEP> Be <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 99,9
<tb> 0,4% <SEP> Zr <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 99,5
<tb> 0, <SEP> 1% <SEP> Zr <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 4% <SEP> Mn <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 99,8
<tb> 0, <SEP> 10/0 <SEP> Zr <SEP> + <SEP> 0,3% <SEP> Cr <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 99,5
<tb> 0, <SEP> zo <SEP> Be <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> Ti <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 99,8
<tb> 0, <SEP> 2% <SEP> Nb <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> cor <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 99,
5
<tb>
Diese Legierungen erfordern keinen Korrosionsschutz durch chemische oder elektrolytische Behandlung ; sie erfahren aber auch keinerlei Veränderungen unter Neutronenbestrahlung, beispielsweise hinsichtlich der Festigkeit und der Kernstruktur.
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Aluminum alloys
Aluminum with a purity of at least 99.5% Al and aluminum alloys on this
Bases are known to be characterized by the highest resistance to chemical influences of all kinds and excellent physical properties such as good electrical conductivity, good thermal conductivity, low absorption cross-section for neutrons, resistance to neutron radiation, short half-life; that is the period of time until the radiation decays to half its intensity, i.e. H. until half the amount of Al 28 'Al 27 has regressed and in this case is 2.3 minutes. They are therefore the ideal building material for devices in the chemical industry and nuclear technology.
In this sense, these alloys can be used for containers for evaporation of salt solutions or for
Cooking of all kinds of aqueous liquids, especially under increased pressure, as well as during reactor construction in
Core can be used as a container material for the fissile material and as a building material for the holder and for all devices used in the hot part of the reactor.
However, the applicability of these materials is subject to a sensitive restriction in that they lose their high corrosion resistance even at the boiling point of water and, to a greater extent, at temperatures above this, and are intercrystalline destroyed in water, less aggressive liquids and in vapors.
As is well known, it has been found that by adding more noble metals than aluminum, in particular nickel, copper, iron and silicon together with iron, the tendency of aluminum to disintegrate in aqueous media at elevated temperatures can be completely eliminated. Based on this experience, an alloy of aluminum with nickel and iron, each up to about 1%, called canning metal, is recommended for reactor technology. Naturally, these heavy metallic additives noticeably impair the resistance of aluminum to surface corrosion. This increased sensitivity is still acceptable in the distilled water of the atomic reactor, although here too the formation of nickel- and iron-containing sludge and the nuclear physical disturbances caused by the heavy metals are judged to be disadvantageous.
For the chemical industry, however, aluminum materials containing heavy metals are ruled out because of their low resistance to salty, acidic or alkaline solutions even at normal temperature.
It has now been found that certain metals, which are less noble or less noble than aluminum and which, according to previous experience, do not promote corrosion in aluminum, but have a passivating effect, in small additions to aluminum (at least 99.5% Al), the grain disintegration in hot solutions prevent and also do not impair the high resistance of aluminum to surface corrosion. These requirements are met by the metals beryllium, niobium, zirconium, titanium, chromium and manganese.
These metals must be added alone or together in amounts of at least 0.05% in order to give the aluminum the resistance to intergranular corrosion; However, their content must not be individually above 0.5% and when several metals are added not above 1, as otherwise the corrosion behavior of the surface of the aluminum is impaired.
Below are some examples of the composition of materials based on aluminum (at least 99.5% Al), which in aqueous solutions are neither destroyed by grain disintegration nor by surface corrosion, even at temperatures above 3000 C:
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EMI2.1
<tb>
<tb> 0, <SEP> 5% <SEP> Cr <SEP> remainder <SEP> Al <SEP> 99, <SEP> 5
<tb> 0.2% <SEP> Be <SEP> rest <SEP> Al <SEP> 99.9
<tb> 0.4% <SEP> Zr <SEP> rest <SEP> Al <SEP> 99.5
<tb> 0, <SEP> 1% <SEP> Zr <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 4% <SEP> Mn <SEP> remainder <SEP> Al <SEP> 99.8
<tb> 0, <SEP> 10/0 <SEP> Zr <SEP> + <SEP> 0.3% <SEP> Cr <SEP> rest <SEP> Al <SEP> 99.5
<tb> 0, <SEP> zo <SEP> Be <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> Ti <SEP> remainder <SEP> Al <SEP> 99.8
<tb> 0, <SEP> 2% <SEP> Nb <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> cor <SEP> rest <SEP> Al <SEP> 99,
5
<tb>
These alloys do not require corrosion protection by chemical or electrolytic treatment; however, they also do not experience any changes under neutron irradiation, for example in terms of strength and core structure.