Impact of ion and neutron irradiation on the corrosion of the 6061-T6 aluminium alloy
Influence de l'irradiation par ions et neutrons sur la corrosion de l'alliage d'aluminium 6061-T6
Résumé
In nuclear research reactors, aluminium alloys are corroded and an aluminium hydroxide film covers their surface. Defects created by neutron irradiation can have a detrimental effect on this corrosion. In this study, two ion irradiations are performed on a 6061-T6 aluminium alloy. The first irradiation experiment aims at studying the effect of metal matrix irradiation on aluminium corrosion. The second irradiation experiment aims at studying the effect of hydroxide irradiation on aluminium corrosion. The displacement per atom is at most 2.5 dpa in the hydroxide film irradiated with Al ions of 1.2 and 5 MeV and at most 8 dpa in the aluminium matrix irradiated with Al ions of 1.8 MeV (calculated with SRIM). The effects of ion irradiation are investigated by TEM and SEM observations. The crystalline structure of aluminium hydroxide is studied by electron diffraction, μ-Raman and X-rays diffraction. In the aluminium hydroxide film (composed of a mix of bayerite, α-Al(OH) 3 , and boehmite, γ-AlOOH, before irradiation), ion irradiation causes formation of voids and dehydrates the aluminium hydroxide (nanocrystallites of η-Al 2 O 3 are observed in the irradiated film). In the aluminium matrix, irradiation increases density of dislocations and amorphizes dispersoids. After ion irradiation, samples are corroded at 70 °C in 2.8L of demineralised water. The two irradiations increase aluminium corrosion. The second part of this study is about samples corroded in the Osiris nuclear research reactor, in water at 42 °C, with a pH of 6 and for 18 months. The aluminium hydroxide film observed on these samples has a layered microstructure composed of a compact inner layer, a thick intermediate layer and an outer layer of cuboid microcrystals. Silicon enrichment is observed in the inner layer. The effect of ion and neutron irradiation on aluminium corrosion is compared in this study and similarities are observed between ion and neutron irradiations.
Dans les réacteurs nucléaires de recherche, les alliages d'aluminium sont corrodés et un film d'hydroxyde d'aluminium recouvre leur surface. Les défauts créés par l'irradiation neutronique peuvent avoir un effet néfaste sur cette corrosion. Dans cette étude, deux irradiations ioniques sont réalisées sur un alliage d'aluminium 6061-T6. La première expérience d'irradiation vise à étudier l'effet de l'irradiation de la matrice métallique sur la corrosion de l'aluminium. La seconde expérience d'irradiation vise à étudier l'effet de l'irradiation de l'hydroxyde sur la corrosion de l'aluminium. Le déplacement par atome est d'au plus 2,5 dpa dans le film d'hydroxyde irradié avec des ions Al de 1,2 et 5 MeV et d'au plus 8 dpa dans la matrice d'aluminium irradiée avec des ions Al de 1,8 MeV (calculé avec le SRIM). Les effets de l'irradiation ionique sont étudiés par des observations MET et SEM. La structure cristalline de l'hydroxyde d'aluminium est étudiée par diffraction électronique, Raman et diffraction des rayons X. Dans le film d'hydroxyde d'aluminium (composé d'un mélange de bayérite, -Al(OH)3 , et de boehmite, -AlOOH, avant irradiation), l'irradiation ionique provoque la formation de vides et déshydrate l'hydroxyde d'aluminium (nanocristallites de η-Al2O3 sont observés dans le film irradié). Dans la matrice d'aluminium, l'irradiation augmente la densité des dislocations et amorphise les dispersoïdes. Après irradiation ionique, les échantillons sont corrodés à 70°C dans 2,8L d'eau déminéralisée. Les deux irradiations augmentent la corrosion de l'aluminium. La deuxième partie de cette étude porte sur des échantillons corrodés dans le réacteur nucléaire de recherche Osiris, dans de l'eau à 42 °C, avec un pH de 6 et pendant 18 mois. Le film d'hydroxyde d'aluminium observé sur ces échantillons présente une microstructure stratifiée composée d'une couche interne compacte, d'une couche intermédiaire épaisse et d'une couche externe de microcristaux cuboïdes. Un enrichissement en silicium est observé dans la couche interne. L'effet de l'irradiation ionique et neutronique sur la corrosion de l'aluminium est comparé dans cette étude et des similitudes sont observées entre les irradiations ionique et neutronique
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)