표면처리된 Ni-Cr계 합금의 FLiNaK 용융염 하에서의 고온 안정성

Abstract

차세대 원자력발전용 고온 열교환기 소재로 이용될 가능성이 높은 Ni-Cr계 고온합금인 Inconel 617과 Hastelloy X의 표면처리에 따른 FLiNaK(LiF-NaF-KF) 용융염 하에서의 고온물성에 대한 연구를 수행하였다. Inconel 617과 Hastelloy X기판 상에 각각 PVD인 arc discharge 및 sputtering법에 의해 TiAlN 및 <TEX>$Al_2O_3$</TEX> 박막을 코팅 하였다. 이러한 표면처리가 이들 합금의 FLiNaK 용융염 하 고온 안정성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 용융염 하 Ni-Cr계 고온합금의 부식 원리를 이해하기 위해, 용융염 수송 loop에 사용 중 파단된 Inconel 파이프에 대한 미세구조 분석을 수행하였다. 표면처리 된 합금들을 <TEX>$600^{\circ}C$</TEX> 용융염 내에서 열처리 하였으며, 열처리 전후 시편들에 대해 상형성, 미세구조 등 고온 물성 변화를 측정하였다. 연구결과 코팅되지 않은 경우 보다 TiAlN 및 <TEX>$Al_2O_3$</TEX> 박막이 코팅된 소재에서 보다 우수한 고온 안정성을 보여주었다. Inconel 617 and Hastelloy X are the most promising candidate materials for the heat exchanger of next generation nuclear reactor. Surface coating and its effects on high temperature properties for the Inconel 617 and Hastelloy X under molten FLiNaK (LiF-NaF-KF) salt environment have been investigated. For TiAlN and <TEX>$Al_2O_3$</TEX> overlay coatings, the two different PVD (physical vapor deposition) methods of an arc discharge and a sputtering were applied, respectively. A study for the thermal stability of the surface modified Ni-Cr alloy substrates has been conducted. To evaluate the corrosion mechanism of Ni-Cr alloys in the molten salt, a ruptured Inconel pipe used for the molten salt transportation has been analyzed. The thermal properties of morphological and structural properties each sample were characterized before and after heat-treatment at <TEX>$600^{\circ}C$</TEX> in molten FLiNaK salt. The results showed that the TiAlN and <TEX>$Al_2O_3$</TEX> overlay coated specimens had the enhanced high temperature stability.