Literatura académica sobre el tema "Alliage Pb-Bi [Plomb-Bismuth]"

Dans le cadre des études sur les systèmes nucléaires du futur, l’eutectique plomb-bismuth (Pb-Bi) est envisagé dans trois systèmes comme fluide caloporteur dans le circuit primaire ou secondaire. L’utilisation de cet alliage liquide induit de fortes contraintes en termes de corrosion des matériaux. Dans les alliages liquides à base de plomb, les aciers peuvent subir deux types de corrosion : une dissolution ou une oxydation en fonction de la température et de la teneur en oxygène dissous dans l’alliage liquide. L’objectif de cette étude est de mettre en évidence les mécanismes de dissolution des aciers austénitiques dans l’alliage Pb-Bi à 500 °C. Pour cela quatre aciers austénitiques modèles Fe-Cr-Ni, l’acier 316L et cinq autres aciers industriels ont été corrodés respectivement 3000, 6000 et 200 h. Pour l’ensemble de ces aciers, le mécanisme de corrosion est identique : il procède par une dissolution préférentielle du chrome et du nickel. Cette dissolution conduit à la formation d’une couche ferritique pénétrée par Pb-Bi contenant entre 5 et 10 % de chrome et quasi dénuée de nickel. Cette étude met en évidence que la dissolution de ces deux éléments est liée. Par ailleurs, la cinétique de corrosion est linéaire quel que soit l’acier austénitique testé. Les étapes contrôlant les vitesses de corrosion des aciers austénitiques ont été identifiées. Une convection naturelle présente au sein du bain de Pb-Bi conduit à la formation d’une couche limite de diffusion. La diffusion du chrome dans cette couche limite de diffusion semble contrôler la vitesse de corrosion des aciers modèles et industriels étudiés à l’exception de l’acier 316L. En effet, la vitesse de corrosion de ce dernier est contrôlée par une réaction d’interface qui est soit la dissolution simultanée du nickel et du chrome sous forme d’un composé NixCr soit la dissolution du chrome et du nickel catalysée par l’oxygène dissous dans Pb-Bi. Cette étude a permis de mettre en évidence le rôle majeur du chrome sur les mécanismes et sur les vitesses de corrosion des aciers austénitiques : plus l’activité en chrome dans l’acier est élevée, plus la vitesse de corrosion est importante. Enfin, l’impact de la teneur en oxygène dissous et des éléments d’alliage mineurs sur la vitesse de corrosion des aciers est discuté. En supposant une catalyse de la réaction de dissolution du chrome par l’oxygène dissous, certaines recommandations sur la composition de l’acier austénitique et sur la teneur en oxygène dissous à imposer dans l’alliage liquide sont proposées afin de limiter les vitesses de corrosion des aciers austénitiques dans l’alliage Pb-Bi
In the framework of the future nuclear power plants studies, lead-bismuth eutectic (LBE) is foreseen as a coolant in the primary or the secondary circuit in three nuclear systems. The use of this liquid alloy induces corrosion issues for structural steels. In liquid lead alloys, steels can undergo two corrosion phenomena: dissolution or oxidation depending on the temperature and the dissolved oxygen content in LBE. The goal of this study is to identify the dissolution mechanisms of austenitic steels in LBE at 500 °C. Four Fe-Cr-Ni model austenitic steels, the 316L steel and five other industrial steels were corroded in LBE up to, respectively, 3000, 6000 and 200 h. The dissolution mechanism is identical for all steels: it starts by a preferential dissolution of chromium and nickel. This dissolution leads to the formation of a ferritic corrosion layer penetrated by LBE and containing between 5 and 10 % of chromium and almost no nickel. This study demonstrates that dissolutions of nickel and chromium are linked. Otherwise, the corrosion kinetics is linear whatever the tested austenitic steel. The controlling steps of the austenitic steels’ corrosion rates have been identified. Natural convection in the LBE bath leads to the formation of a diffusion boundary layer at the steel surface. Chromium diffusion in this diffusion boundary layer seems to control the corrosion rates of the model and industrial austenitic steels except the 316L steel. Indeed, the corrosion rate of the 316L steel is controlled by an interfacial reaction which is either the simultaneous dissolution of nickel and chromium in NixCr compounds or the nickel and chromium dissolution catalyzed by the dissolved oxygen in LBE. This study has permitted to highlight the major role of chromium on the corrosion mechanisms and the corrosion rates of austenitic steels: the corrosion rate increases when chromium activity increases. Finally, the impact of the dissolved oxygen and the minor alloying elements content on the corrosion rate is discussed. Assuming chromium dissolution catalysis by dissolved oxygen, some recommendations are proposed on the steel composition and the dissolved oxygen content to fix in the liquid alloy in order to limit the corrosion rates of austenitic steels in LBE

Le calcul des diagrammes d'équilibre ternaires nécessite une bonne représentation analytique des grandeurs thermodynamiques d'excès des phases étendues. L’établissement de ces fonctions doit s'appuyer sur un nombre minimum, mais suffisant, d'informations expérimentales. Le formalisme quadratique de Darken, dans le cas des systèmes ternaires, permet de lisser les grandeurs d'excès dans les domaines des solutions moyennement diluées (xi 0,333). En divisant un système ternaire en trois quadrilatères adjacents, le formalisme de Darken nécessite 12 paramètres d'interaction binaires et seulement 3 paramètres d'interaction ternaires pour accéder à trois représentations distinctes, mais complémentaires, chacune valable dans l'un des trois quadrilatères. Un nombre très restreint de mesures ternaires est donc requis. Les fonctions d'excès représentées par le formalisme de Darken présentent des discontinuités sur les isoplèthes de raccordement des 3 quadrilatères. Un développement aux 5eme degré des polynômes de Redlich-Kister permet d'accéder à une représentation continue des fonctions d'excès. La validité de nos deux méthodes d'ajustement a été testée avec succès dans le cas des solutions liquides ternaires (Pb, Sn, Sb), (Pb, Sn, Bi) tt (Pb Sn, Ca). Enfin, pour le calcul des diagrammes d'équilibre, qui reste l'objectif final de ce travail, nous avons tenté avec succès une optimisation des paramètres ajustables décrivant les phases binaires et ternaires du système (Pb, Sn, Sb) en utilisant les deux logiciels Thermo-Calc et Nancyun

La mise au point de réacteurs nucléaires sous-critiques (Accelerator Driven System - ADS), intrinsèquement sûrs, pour incinérer les déchets nucléaires par transmutation d’actinides de durée de vie longue en radioéléments de plus courte durée de vie, réclament des sources intenses de neutrons. Ces sources sont produites par la technique de spallations « éjections », c’est-à-dire l’interaction d’un faisceau de protons de haute énergie et haute intensité avec une cible contenant des métaux lourds. Compte tenu de la puissance déposée par les protons dans la cible (de l'ordre de quelques MW) seuls des métaux sous forme liquide peuvent à la fois résister aux défauts induits et évacuer la chaleur. Dans ce contexte l'expérience MEGAPIE (MEGawatt PIlot Experiment) fonctionnant avec une fenêtre au niveau de la cible de spallation est pionnière et ouvre la voie vers des cibles de haute puissance. Pour la mise en œuvre de cette cible MEGAPIE, les choix de l’alliage de la cible de spallations, des matériaux de structures de la fenêtre et des parties chaudes sont portés respectivement sur l’eutectique plomb-bismuth, bon rendement neutronique, et l’acier T91 (1%Mo9%Cr en masse), bonne tenue à l’irradiation. Pour les parties froides l’acier 316L a été choisi. Toutefois, malgré sa bonne tenue à l’irradiation, le contact de ces deux alliages (eutectique plomb-bismuth et acier T91) présente quelques inconvénients qui nécessitent d’approfondir la connaissance de leurs propriétés physico-chimiques dans l’environnement MEGAPIE et motive cette présente étude. La contribution de ce travail au développement du réacteur de transmutation a consisté : - d’une part à l'élaboration de revêtements destinés à améliorer les performances de l'acier de structure T91 vis à vis de l'oxydation et de la fissuration par l'eutectique Pb-Bi liquide, - d'autre part à l'étude thermodynamique du système Pb-Bi-(Hg)-Fe-Cr-Al-O pour connaître l’ensemble des équilibres entre phases existant dans les conditions imposées par le fonctionnement du réacteur ADS. Le deuxième volet de ce travail trouve sa justification dans les résultats du premier qui ont mis en évidence le rôle primordial joué par les oxydes mixtes dans l'interaction corrosive entre l'acier et l'eutectique Pb-Bi faiblement oxygéné
The development of sub-critical nuclear reactors (Accelerator Driven System - ADS), intrinsically safe to incinerate nuclear waste by transmutation of long-lived actinides to radionuclides with a shorter existence, requires intense sources of neutrons. These sources are produced by the "ejected" spallation technique, i.e. the interaction of a high energy, high intensity proton beam with a target containing heavy metals. Considering the power of the proton beam transferred to the target (of a few MW), only metals in the liquid form can be cooled in a closed cooling system and resist to nuclear reactor induced by the proton beam. In this context, the MEGAPIE project (MEGawatt PIlot Experiment), which works with a window at the spallation target, is pioneer and opens the way for high-power targets. The choice of the alloy for the MEGAPIE spallation target is a lead-bismuth eutectic, which is efficient for producing neutrons. For the window beam and hot parts, the best choice at present is the T91 steel (1%Mo9%Cr in mass), due to its good irradiation resistance. For cold parts, the 316L steel was chosen. However, the contact of the two alloys (eutectic lead-bismuth and T91 steel) presents some inconveniences that need to be investigated in relation to their physico-chemical properties in the MEGAPIE environment, which motivates this study. The contribution of this work to this subject consisted of : - In a part, the development of coatings designed to improve the chemical and mechanical performances of the T91 steel in contact of the lead-bismuth eutectic liquid alloy, - In another part, the investigation of the thermodynamic properties of the Pb-Bi-(Hg)-Fe-Cr-Al-O system for all phase equilibria within the conditions imposed by the operation of the ADS reactor. The second part of this work is justified by the results, which, for the first time, highlight the role played by the mixed oxide phases in the corrosive interaction between the T91 steel and Pb-Bi eutectic, in a poorly oxygenated environment