Tesis

En Argentina los elementos combustibles (EC) gastados en reactores nucleares
experimentales, se almacenan en piletas con agua de alta pureza. La aleación de
aluminio AA6061 se utiliza para fabricar los EC, y para otras estructuras en las piletas
junto con aleaciones de la serie 5xxx. Debido a que el almacenamiento en agua puede
extenderse hasta 60 años, es necesario estudiar los fenómenos de degradación que
podrían afectar la integridad de los EC y demás estructuras, para prevenir la liberación
de productos de fisión al medio.
El objetivo de esta tesis es estudiar la corrosión de las aleaciones AA6061, AA5083
y AA5052 en las condiciones óptimas requeridas en las piletas: agua de alta pureza a
temperatura ambiente; y en una solución que simula una eventual contaminación del
sitio: solución de NaCl 0,001 M. Con fines comparativos también se estudió el aluminio
de 99,999 % (Al5N).
El crecimiento de óxido en las aleaciones AA6061, AA5083 y AA5052 en agua de
alta pureza y NaCl 0,001M aireados, ocurre por un mecanismo de disolución del
aluminio como aluminato - reprecipitación de hidróxido. La alcalinización debida a la
reducción del H+
y el O2 sobre las partículas con hierro presentes en las aleaciones,
disuelve la matriz formando especies solubles que luego reprecipitan sobre la superficie
como hidróxido. En particular para la AA6061 en ensayos de inmersión en agua a un
tiempo de 6 meses, se observó que las penetraciones de hidróxido provocadas por la
disolución/reprecipitación alrededor de los intermetálicos con hierro alcanzan valores
máximos del orden de 20 μm en agua. Este tipo de corrosión localizada no representa un
riesgo para la conservación de los Elementos Combustibles Gastados, ya que dichos
valores son despreciables con respecto al espesor de la tapa o “cladding” de la placa
combustible: 0,4 mm.
En el Al5N se verifica el mismo mecanismo, excepto que en este material puro los
sitios de emergencia de electrones para las reacciones catódicas son las impurezas y
defectos en los límites de grano.
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En la solución de NaCl se encontró que el espesor de óxido formado, tanto en las
aleaciones como en Al5N, es menor que en agua debido a la formación de complejos
estables y solubles del tipo Al(OH)xCly, la cual inhibe en parte la reprecipitación del
hidróxido.
A partir de ajustes de datos de aumento de peso en función del tiempo en ensayos de
inmersión de 21 meses de duración, se obtuvieron parámetros para estimar el espesor de
la capa de hidróxido formado (fase bayerita) que crecería sobre las aleaciones luego de
60 años de inmersión en piletas con agua desmineralizada. Para las tres aleaciones se
estimaron espesores de ~13 μm en agua y de ~7 μm para agua contaminada con cloruro
0,001M.
Las partículas ricas en hierro también influyen en el potencial de picado (EP) de la
AA6061. Se demostró mediante análisis estadístico que en cloruro 0,001 M aireado el
EP es ~100mV menor que en la solución desaireada. En el Al5N en la misma solución
de cloruro, la presencia de oxigeno no influye en el EP. La mayor susceptibilidad al
picado de la AA6061 en solución aireada está relacionada con la cavidad producida por
el ataque alcalino, la cual favorece la nucleación de picaduras. La diferencia entre los EP
en esta aleación puede explicarse en base al modelo de acidificación localizada.
Por otra parte, se estudió el comportamiento de la fase Mg2Si en la AA6061
mediante ensayos de inmersión a ECA y de polarización en soluciones de pH 7 a 14. Se
encontró que el magnesio se disuelve de las partículas de Mg2Si a pH menor a 8,
mientras que es estable a pH mayor a 9. La disolución es independiente del potencial.
Además, se realizaron mediciones de EIS para estudiar el óxido pasivo en la
AA6061. Los resultados se ajustaron con un circuito eléctrico equivalente (CEE). Se
utilizó un modelo para describir la formación del óxido pasivo, y mediante un
tratamiento matemático se relacionaron las ecuaciones que describen el modelo con los
parámetros obtenidos del CEE. A partir de estos, se calculó un gradiente de potencial
relacionado al campo eléctrico de 1-5∙106 V/cm, el cual está en buen acuerdo con un
proceso de migración a través del óxido pasivo.