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WO2009054077A1 - 耐高酸化性溶液金属ガラス合金及び高酸化性溶液取扱い機器 - Google Patents

耐高酸化性溶液金属ガラス合金及び高酸化性溶液取扱い機器 Download PDF

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Publication number
WO2009054077A1
WO2009054077A1 PCT/JP2007/071281 JP2007071281W WO2009054077A1 WO 2009054077 A1 WO2009054077 A1 WO 2009054077A1 JP 2007071281 W JP2007071281 W JP 2007071281W WO 2009054077 A1 WO2009054077 A1 WO 2009054077A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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solution
glass alloy
alloy
nitric acid
corrosion
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/071281
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Akihisa Inoue
Hisamichi Kimura
Katsuhiko Asami
Kazuo Aoki
Original Assignee
Tohoku University
Advanced Reactor Technology Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University, Advanced Reactor Technology Co., Ltd. filed Critical Tohoku University
Priority to PCT/JP2007/071281 priority Critical patent/WO2009054077A1/ja
Priority to JP2009537878A priority patent/JPWO2009054077A1/ja
Publication of WO2009054077A1 publication Critical patent/WO2009054077A1/ja

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/003—Making ferrous alloys making amorphous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/11—Making amorphous alloys
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/04—Amorphous alloys with nickel or cobalt as the major constituent

Definitions

  • the present invention relates to a Ni_Nb—Zr-based metallic glass alloy having high corrosion resistance against a highly acidic solution.
  • Such metallic glass alloys can be used to improve the corrosion resistance of equipment in facilities that handle highly oxidizing solutions such as spent nuclear fuel reprocessing facilities.
  • a solution having a high oxidizing power such as boiling nitric acid.
  • a solution having a high oxidizing power such as boiling nitric acid.
  • 3-5 mol / L boiling nitric acid is used to dissolve spent nuclear fuel, but as the dissolution progresses, the oxidizing power of plutonium, chromium, ruthenium, etc. Strong ions accumulate, resulting in a highly oxidizing solution, deteriorating the corrosive environment.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 5— 2 9 8 8 5 8
  • Non-Patent Document 1 Periodicals “Metal” Vol. 7 5 (2 0 0 5) No. 1 P. 4 2 Disclosure of Invention
  • NAR-310Nb stainless steel low C low P Fe-25Cr-20Ni—0.2Nb steel
  • titanium metal titanium metal
  • zirconium metal are used in the Rokkasho reprocessing plant.
  • NAR-310Nb shows relatively high corrosion resistance to nitric acid solution, but corrosion increases as impurities with high oxidizing power increase. Titanium metal and zirconium metal show high corrosion resistance, but these metals are poor in workability and as a result are expensive materials.
  • the metal glass alloy related to the present invention can be expected to show high corrosion resistance by appropriately selecting the component composition (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1), it is suitable for a nitric acid solution. It was uninvented.
  • An object of the present invention is to provide a metal glass alloy composition that is corrosion resistant to nitric acid solution having high oxidizing power, and to provide a highly oxidizing solution handling apparatus that is corrosion resistant to strong nitric acid solution.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and as a result of exploring various alloy compositions, the present inventors have found that a Ni-Nb-Zr alloy has a highly oxidizing nitric acid solution, etc. The inventors have found a metal glass composition having corrosion resistance, and have completed the present invention.
  • the high oxidation-resistant solution metal glass alloy of the present invention is represented by the following composition formula.
  • a, b, c, d , e are atomic 0/0, 55 ⁇ a ⁇ 60, 15 ⁇ b ⁇ 20, 5 ⁇ c ⁇ 20, 0 ⁇ d ⁇ 15, is 0 ⁇ E ⁇ 15 .
  • the present invention also relates to a high oxidation-resistant solution metal glass alloy for nitric acid solution handling equipment, wherein the oxidation-resistant solution metal glass alloy has the formula Ni a — Nb b — Zr c — Ti ⁇ Ta e (however, , a, b, c, d , e are atomic 0/0, 55 ⁇ a ⁇ 60, 15 ⁇ b ⁇ 20, 5 ⁇ c ⁇ 20, 0 ⁇ d ⁇ 15, is 0 ⁇ e ⁇ 15
  • the composition has the following formula.
  • the present invention is a nitric acid solution handling metal glass alloy for nitric acid solution handling and equipment in a spent nuclear fuel reprocessing facility, wherein the high oxidation resistance solution metal glass has the formula Ni a — Nb b — Zr c — Ti ⁇ Ta e (however, a, b, c, d , e are atomic 0/0, 55 ⁇ a ⁇ 60, 15 ⁇ b ⁇ 20 , 5 ⁇ c ⁇ 20, 0 ⁇ d ⁇ 15, 0 ⁇ e ⁇ l5, which has a composition represented by
  • the present invention also relates to a highly oxidizing solution handling apparatus in which a sprayed film is formed by spraying an oxidation resistant solution metal glass alloy on the inner surface of a container by a high-speed gas flame spraying method.
  • glass alloys has the formula Ni a - Nb b - Zr c - Ti d - Ta e ( however, a, b, c, d , e are atomic 0/0, 55 ⁇ a ⁇ 60, 15 ⁇ b ⁇ 20 , 5 ⁇ c ⁇ 20 0 ⁇ d ⁇ 15, 0 ⁇ e ⁇ 15)
  • the present invention also has a composition represented by the following: Handling nitric acid solution sprayed to form a sprayed film!
  • the oxidation-resistant solution metal glass alloy is of the formula Ni a -Nb b -Zr c -Ti d -Ta e (where a, b, c, d, e are atoms 0 / o 55 ⁇ a ⁇ 60, 15 ⁇ b ⁇ 20, 5 ⁇ c ⁇ 20, 0 ⁇ d ⁇ 15, 0 ⁇ e ⁇ 15)).
  • the present invention also relates to a nitric acid solution handling equipment in a spent fuel reprocessing facility in which a sprayed film is formed by spraying an oxalic acid-resistant solution metal glass alloy on the inner surface of a container by a high-speed gas flame spraying method.
  • the metallic glass alloy of the present invention exhibits ultrahigh corrosion resistance, and the stronger the oxidizing power, the more excellent the metallic glass alloy of the present invention has a property against corrosion resistant metallic materials. For this reason, according to the present invention, by appropriately selecting a Ni—Nb—Zr—Ti—Ta-based metallic glass alloy, it is possible to use a highly nitric acid solution handling device such as a container that can withstand a highly oxidizing nitric acid solution. Equipment for handling oxidizing solutions can be manufactured, and equipment life such as container life can be greatly extended.
  • FIG. 1 is a schematic view of a corrosion test apparatus implemented for the present invention.
  • the present invention relates to a high oxidizing power! /, A metallic glass composition having corrosion resistance to a nitric acid solution.
  • the preferred embodiments for carrying out the invention are as follows: .
  • the highly oxidation-resistant solution metal glass alloy of the present invention has the formula Ni a — Nb b — Zr c — Ti d — Ta e (where a, b, c, d, e are atoms 0 / o and 55 ⁇ a ⁇ 60, 15 ⁇ b ⁇ 20, 5 ⁇ c ⁇ 20, 0 ⁇ d ⁇ 15, 0 ⁇ e ⁇ 15) Ni—Nb—Zr high oxidation resistance solution metal glass alloy having the composition Is If a is less than 55, the resistance to highly oxidizing solution will decrease and the corrosion rate will increase.
  • the resistance to soot and oxidation solution decreases and the corrosion rate increases.
  • the Ni-Nb-Zr-based glass alloy of the present invention is cooled and solidified by various methods such as a known single roll method, a twin roll method, a spinning in a rotating liquid method, and an atomizing method from the melted state, thereby forming a thin ribbon shape or a filament shape. A powdery vitreous solid can be obtained.
  • the Ni—Nb—Zr-based metallic glass alloy of the present invention has a large glassy formability, not only the above-mentioned known production method but also any desired by filling and molding molten metal into a mold. Shaped glass metal alloy products can also be obtained.
  • an alloy is melted in a quartz tube in an argon atmosphere, and then the molten metal is made of copper at an ejection pressure of 0.5 to 1.5 kg ⁇ fA: m 2 .
  • a metallic glass alloy lump can be obtained by filling and solidifying the metal mold.
  • a manufacturing method such as a die casting casting method or a squeeze casting method can be applied.
  • Examples of the application of the glass alloy of the present invention include at least part of the nitric acid contact surface of a uranium dissolution tank, radioactive waste liquid evaporation pipe, acid recovery evaporation pipe, acid recovery rectification tower and other nitric acid solution handling equipment in the fuel reprocessing facility Is coated with the glass alloy of the present invention.
  • the equipment of the target nitric acid solution handling equipment is irrelevant to the present invention, and may be, for example, carbon steel or stainless steel. However, the substrate should have the mechanical strength required for the container.
  • the metal powder having the composition of the present invention is sprayed on the inner surface of the container by a high-speed gas flame spraying method.
  • FIG. 1 shows an overview of the corrosion test equipment.
  • Corrosion test apparatus 1 places test solution 3 in test chamber 2, immerses sample 4 and the platinum counter electrode, heats test solution 3 with a heating mantle, and condenses and collects the test solution vapor in condenser 7 To do.
  • Saturation that is electrically connected to the test solution via a salt bridge between the sample 4 and the counter electrode 5 so that a desired potential is applied to the reference electrode immersed in the KC1 solution.
  • Ni 57 Nb 19 Zr 19 Ta 5 alloy and Ni 6 which are representative metallic glass compositions of the present invention.
  • the results of Nb 15 Zr 5 Ti 15 T alloy are shown in Table 1 and Figure 2.
  • NAR-310Nb steel was also tested and is shown here.
  • the corrosion rate of NAR-310Nb is about an order of magnitude higher in boiling 6 mol / L HN0 3 compared to the Ni-Nb-Zr metallic glass of this effort, and 5g / L Cr 6+ is added to this. Among them, the corrosion rate was about 1,100 times that of the solution without Cr 6+ added.
  • Ni-Nb-Zr system with metal boiling glass Teng 6 mol / L HN0 3 solution showed a corrosion rate of digits of 10- 3 mm / y, further 5 g / L Cr 6+ added with any solution corrosion rate Ni 57 Nb 19 Zr 19 Ta 5 alloy and Ni 6 .
  • the metallic glass alloy of the present invention exhibited extremely high corrosion resistance, and the stronger the oxidizing power, the more excellent the metallic glass alloy exhibited characteristics compared to NAR-310Nb stainless steel.
  • Ni 6 which is a typical metallic glass composition of the present invention.
  • Table 2 shows the results obtained for the alloy and the Ni 57 Nb 19 Zr 19 T3 ⁇ 4 alloy. For comparison
  • Ni 6 of the present invention Nb 2 . Zr 2 . Metallic glass alloys, boiled 9 mol / L HN0 3 solution and 5 g / L Cr 6+ the added of Comparative Example in a solution without the addition of Cr 6+ in solution most corrosion rate small 5C ri. Corrosion rate equivalent to P 16 B 4 Ta 5 was exhibited.
  • Volume solution of the present invention exhibit corrosion rate digit of 10- 3 mm / y, further 5 g / L Cr 6 + added with any solution corrosion rate showed a corrosion rate of digits of 10- 2 mra / y.
  • the metallic glass alloy of the present invention exhibits ultrahigh weather resistance, and the stronger the oxidizing power, the more the metallic glass alloy
  • Ni 6 which is a typical metallic glass composition of the present invention.
  • Ni 6 of the present invention Nb 2 . Zr 2 .
  • the metallic glass alloy and the Ni 57 Nb 19 Zr 19 Ta 5 metallic glass alloy of the present invention are in a boiling 9 mol / L HN0 3 solution and in a solution containing 5 g / L Cr 6+ and in a solution not containing Cr 6+.
  • the difference in corrosion rate was the same as that of N 65 Cr 10 P 16 B 4 Ta 5 with the smallest difference in corrosion rate.
  • Ni- the Nb-based metal boiling glass 9 mol / L HN0 3 solution showed a corrosion rate of digits of 10- 3 mm / y, corrosion rate even solution was added 5 g / L Cr 6+ in the La 10 — Corrosion rate on the order of 2 mm / y was shown.
  • the metallic glass alloy of the present invention exhibits ultrahigh corrosion resistance, and the stronger the oxidizing power, the more the metallic glass alloy
  • Ni 6 which is a typical metallic glass composition of the present invention.
  • Table 4 shows the results of Nb 15 Zr 15 Ti 15 Ta 5 alloy and Ni 57 Nb 19 Zr 19 Ta 5 alloy.
  • NAR-310Nb steel was also tested and is shown here.
  • the difference in corrosion rate of NAR-310Nb is the Ni s of the present invention. It is about 1 to 2 orders of magnitude higher than the Nb iS Zr I5 Tils Ta 5 metal glass alloy and the Ni 57 Nb 19 Zr 19 Ta5 metal glass alloy of the present invention.
  • the metallic glass alloy of the present invention exhibited extremely high corrosion resistance, and the stronger the oxidizing power, the more excellent the metallic glass alloy exhibited properties relative to NAR-310Nb steel.

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Abstract

金属や金属酸化物を溶解するために沸騰硝酸等の高い酸化力を有する溶液を使用する事例がある。例えば、使用済原子燃料再処理施設では、使用済原子燃料を溶解するために３～５mo1／Lの沸騰硝酸を使用しているが、溶解が進むとともにプルトニウム、クロム、ルテニウム等の酸化力の強いイオンが蓄積し、酸化力の極めて高い溶液となり、腐食環境を悪化する。このように酸化力の極めて高い溶液に対して耐食性の高い合金組成の金属ガラスを開発し、耐食性の高い機器を提供できるようにすること。　式Nia－Nbb－Zrc－Tid－Tae（ただし、a,b,c,d,eは原子%であり、55≦a≦60、15≦b≦20、5≦c≦20、0≦d≦15、0≦e≦15である。）で示される組成を有するNi－Nb－Zr系耐高酸化性溶液金属ガラス合金

Description

明細書
耐高酸化性溶液金属ガラス合金及び高酸化性溶液取极レ、機器
技術分野
本発明は、 高酸ィ匕性溶液に対して高い耐食性を有する Ni_Nb— Zr 系金属ガラス合金に 関する。 このような金属ガラス合金は使用済み原子燃料再処理施設のような高酸化性溶液 を取扱う施設における機器の耐食性を改善するため等に使用できる。
背景技術
金属や金属酸化物を溶解するために沸騰硝酸等の高!/ヽ酸化力を有する溶液を使用する事 例がある。 例えば、 使用済原子燃料再処理施設では、 使用済原子燃料を溶解するために 3 〜5 mol/L の沸騰硝酸を使用しているが、 溶解が進むとともにプルトニウム、 クロム、 ルテニウム等の酸化力の強いイオンが蓄積し、 酸化力の極めて高い溶液となり、 腐食環境 を悪化する。 このように酸化力の極めて高い溶液に対して耐食性の髙ぃ材料と耐食性の高 い機器を開発することが望まれる。
特許文献 1 特開 2 0 0 5— 2 9 8 8 5 8
非特許文献 1 定期刊行物 「金属」 Vol. 7 5 ( 2 0 0 5 ) No. 1 P . 4 2 発明の開示
発明が解決しようとする課題 酸化力の高い硝酸溶液に耐食性のある材料としては、 例えば、 使用済原子燃料の再処 理工場の場合、 硝酸溶液を収容する容器の材料として、 東海再処理施設では NAR— 310Nb ステンレス鋼 （低 C 低 P Fe— 25Cr— 20Ni— 0. 2Nb鋼） やチタン金属、 六ケ所再処理 工場ではジルコニウム金属などが用いられている。 NAR— 310Nb は硝酸溶液に対しては比 較的髙い耐食性を示すものの、 酸化力の高い不純物が増えてくると腐食が進行してくる。 チタン金属やジルコニウム金属は高い耐食性を示すが、 これらの金属は加工性が悪く、 結 果としては高価な材料となっている。
一方、 本発明に関連する金属ガラス合金は成分組成を適切に選定することにより高い耐食 性を示すことが期待できるが （特許文献 1及び非特許文献 1参照） 、 硝酸溶液に適したも のは未発明であった。
本発明は、 酸化力の高い硝酸溶液等に耐食性のある金属ガラス合金組成を提供し、 力 硝酸溶液等に耐食性のある高酸化性溶液取扱レヽ機器を提供することを課題とするものであ る。
課題を解決するための手段
本発明は、 上記の課題を解決するためになされたものであり、 本発明者らは、 種々の合 金組成について探査した結果、 Ni— Nb— Zr 系合金において、 酸化力の高い硝酸溶液等に 耐食性のある金属ガラス組成を見出し、 本発明の完成に至った。
本発明の耐高酸化性溶液金属ガラス合金は下記の組成式で表される。
Nia-Nbb-Zrc-Tid-Tae
ただし、 a, b, c, d, e は原子0 /0であり、 55≤a≤60、 15≤b≤20, 5≤ c≤20, 0≤ d≤15, 0 ≤e≤15である。
また本発明は、 硝酸溶液取扱い機器用の耐高酸化性溶液金属ガラス合金であって、 前記 耐髙酸化性溶液金属ガラス合金は、 式 Nia— Nbb— Zrc— Ti广 Tae (ただし、 a, b, c, d, e は原 子0 /0であり、 55≤a≤60、 15≤b≤20, 5≤ c≤20, 0≤d≤15、 0≤e≤15 である。 ） で示 される組成を有する。
また本発明は使用済核燃料再処理施設における硝酸溶液取扱 、機器用の耐髙酸化性溶液 金属ガラス合金であって、 前記耐高酸化性溶液金属ガラスは、 式 Nia— Nbb— Zrc— Ti广 Tae (ただし、 a，b, c，d, e は原子0 /0であり、 55≤a≤60、 15≤ b≤20, 5≤ c≤20, 0≤ d≤15 、 0≤e^ l5である。 ） で示される組成を有する。
また本発明は、 容器内面に耐髙酸化性溶液金属ガラス合金を高速ガスフレーム溶射法に て溶射して溶射膜を形成した高酸化性溶液取扱レヽ機器であって、 前記耐高酸化性溶液金属 ガラス合金は式 Nia— Nbb— Zrc— Tid— Tae (ただし、 a， b, c, d, e は原子0 /0であり、 55≤a≤ 60、 15≤b≤20, 5≤ c≤20 0≤ d≤15, 0≤e≤15 である。 ） で示される組成を有する また本発明は、 容器内面に耐髙酸化性溶液金属ガラス合金を高速ガスフレーム溶射法に て溶射して溶射膜を形成した硝酸溶液取扱！/ヽ機器であって、 前記耐髙酸化性溶液金属ガラ ス合金は式 Nia-Nbb-Zrc-Tid-Tae (ただし、 a, b, c, d, e は原子0 /oであり、 55 ^a≤60、 15≤b≤20, 5≤ c≤20, 0≤ d≤15, 0≤e≤15である。 ） で示される組成を有する。 また本発明は、 容器内面に耐髙酸ィ匕性溶液金属ガラス合金を高速ガスフレーム溶射法にて 溶射して溶射膜を形成した使用済燃料再処理施設における硝酸溶液取扱 ヽ機器であって、 前記耐髙酸化性溶液金属ガラス合金は式 Nia— Nbb—Zrc— Tid— Tae (ただし、 a, b, c, d, eは 原子0 /0であり、 55≤a≤60、 15≤b≤20, 5≤ c≤20, 0≤d≤15、 0≤e≤15 である。 ） で 示される組成を有する。
発明の効果
本発明の金属ガラス合金は超高耐食性を示し、 酸化力が強まるほど本発明の金属ガラス 合金は耐食性金属材料に対して優れた特性を示す。 このことから本発明によれば、 Ni— Nb -Zr-Ti -Ta 系金属ガラス合金を適切に選定することにより高い酸化力のある硝酸溶液 に耐え得る容器などの硝酸溶液取扱い用機器などの高酸化性溶液取扱い機器を製造でき、 容器寿命などの機器寿命を飛躍的に延ばすことが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1 本発明のために実施した腐食試験装置の概略図である。
図 2 腐食試験結果を在来のステンレス鋼と比較した図である。
符号の説明
1 腐食試験装置
2 試験槽
3 試験溶液
4 試料
5 対極
6 加熱マントル
7 コンデンサー
8 ポテンシヨスタツト
9 参照電極
発明を実施するための最良の形態 本発明は、 酸化力の高!/、硝酸溶液に耐食性のある金属ガラス組成に関するものであるが 、 発明を実施するために適した形態は以下の通りである。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
本発明の耐高酸化性溶液金属ガラス合金は式 Nia— Nbb— Zrc— Tid— Tae (ただし、 a, b, c, d, e は原子0 /oであり、 55≤a≤60、 15≤ b≤20, 5≤ c≤20, 0≤ d≤15, 0≤e≤15 である。 ） で示される組成を有する Ni— Nb— Zr系耐高酸化性溶液金属ガラス合金である aが 5 5より小さいと耐高酸化性溶液性が低下するし、 腐食速度が高くなる。
aが 6 0より大きいと耐高酸ィ匕性溶液性が低下するし、 腐食速度が高くなる。
bが 1 5より小さいと耐髙酸化性溶液性が低下するし、 腐食速度が高くなる。
bが 2 0より小さいと耐髙酸化性溶液性が低下するし、 腐食速度が高くなる。
c力 5より小さいと耐髙酸化性溶液性が低下するし、 腐食速度が高くなる。
cが 2 0より大きいと耐高酸化性溶液性が低下するし、 腐食速度が髙くなる。
dが 1 5より大きいと耐髙酸化性溶液性が低下するし、 腐食速度が高くなる。
eが 1 5より大きいと耐高酸ィヒ性溶液性が低下するし、 腐食速度が高くなる。
本発明の Ni— Nb— Zr系ガラス合金は、 容融状態から公知の単ロール法、 双ロール法、 回転液中紡糸法、 アトマイズ法などの種々の方法で冷却凝固させ、 薄帯状、 フィラメント 状、 粉粒体状のガラス質固体を得ることができる。 また、 本発明の Ni—Nb—Zr 系金属ガ 'ラス合金は大きなガラス質形成性を有するため、 上述の公知の製造方法のみならず、 溶融 金属を金型に充填鍀造することにより任意の形状の金属ガラス合金製品を得ることもでき る。 例えば、 代表的な金型鍚造方法においては、 合金を石英管中でアルゴン雰囲気中にお いて溶融した後、 溶融金属を 0 . 5〜 1 . 5 kg · fA:m2の噴出圧で銅製の金型内に充填凝 固させることにより金属ガラス合金塊を得ることができる。 更にダイカストキヤスティン グ法及ぴスクイズキャスティング法などの製造方法を適用することもできる。
本発明のガラス合金の適用例としては、 使用燃料再処理施設におけるウラン溶解槽、 放射 性廃液蒸発管、 酸回収蒸発管、 酸回収精留塔その他の硝酸溶液取扱い機器の硝酸接触面の 少なくとも一部分を本発明のガラス合金で被膜する。
(1) 対象とする硝酸溶液取扱い機器の機材は本発明とは無関係であり、 例えば、 炭素鋼 やステンレス鋼でよい。 ただし、 容器に求められる機械的強度は基材に持たせる。
(2) この容器内面に本発明の組成の金属粉末を高速ガスフレーム溶射法にて溶射する。
(3) 溶射面の健全性を渦流電流法などで確認する。
耐食性比較例
図 1には腐食試験装置の概要を示す。 腐食試験装置 1は試験槽 2内に試験溶液 3を入 れ、 試料 4と白金対極を浸漬し、 試験溶液 3を加熱マントルで加熱沸騰させ、 試験溶液蒸 気はコンデンサ一 7で凝縮して回収する。 電気的に試験溶液と塩橋で電気的に接続した飽 和 KC1溶液中に浸漬されている参照電極に所望の電位がかかるように試料 4と対極 5の間 に電位差をポテンシヨスタット 8で印加し試料の腐食を測定する。
比較例 1
試験溶液は以下の 2種類で行つた。
(1) 沸騰状態の 6 mol/Lの硝酸溶液
(2) 沸騰状態の 6 mol/Lの硝酸溶液 +5g/L Cr6+
ここで、 溶液 (2)の Cr6+は不純物による酸化力増加を模擬するために加えたものであ る。
腐食試験のうち本発明の代表的な金属ガラス組成である Ni57Nb19Zr19Ta5合金及ぴ Ni6。Nb15Zr5Ti15T 合金につき実施した結果を表 1及ぴ図 2に示す。 なお、 比較のために NAR— 310Nb鋼についても試験したので合わせて示している。
NAR-310Nbの腐食速度は本努明の Ni—Nb—Zr系金属ガラスに比較し、 沸騰 6 mol/L HN03溶解中では約 1桁高く、 さらにこれに 5g/L Cr6+添加した溶解中では Cr6+を添加しな い溶液中に比較し約 1, 100倍の腐食速度を示した。 他方、 Ni—Nb—Zr系金属ガラスの沸 騰 6 mol/L HN03溶液中では 10—3 mm/y の桁の腐食速度を示し、 さらに 5g/L Cr6+添加した 溶液中でも腐食速度は Ni57Nb19Zr19Ta5合金及び Ni6。Nb15Zr5Ti15Ta5合金で、 それぞれ 6. 4倍 及ぴ 3. 4倍であった。
このように本発明の金属ガラス合金は超高耐食性を示し、 酸化力が強まるほど、 金属 ガラス合金は NAR— 310Nbステンレス鋼に比べて優れた特性を示した。
比較例 2
試験溶液は以下の 2種類で行つた。
(1) 沸騰状態の 9 mol/Lの硝酸溶液
(2) - 沸騰状態の 9 mol/Lの硝酸溶液 +5g/L Cr6+
ここで、 溶液 (2)の Cr6+は不純物による酸化力増加を模擬するために加えたものであ る。
腐食試験のうち本発明の代表的な金属ガラス組成である Ni6。Nb2。Zr2。合金及び Ni57Nb19Zr19T¾合金につき実施した結果を表 2に示す。 なお、 比較のために
Ni65Cr 6B4合金
Ni65CrlflPI6B4Tas合金
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000008_0001
についても試験したので合わせて示している。
本発明の Ni6。Nb2。Zr2。金属ガラス合金は、 沸騰 9 mol/L HN03溶液中及び 5g/L Cr6+添加 した溶液中では Cr6+を添加しない溶液中で比較例のうち最も腐食速度の小さい 5Cri。P16B4Ta5と同等の腐食速度を示した。 他方、 本発明の Ni57Nb19Zr19Ta5金属ガラス合金 の沸騰 9 mol/L丽 03 ?容液中では 10— 3 mm/y の桁の腐食速度を示し、 さらに 5g/L Cr6+添加 した溶液中でも腐食速度は 10— 2 mra/yの桁の腐食速度を示した。
このように本発明の金属ガラス合金は超高耐贪性を示し、 酸化力が強まるほど、 金属ガラ ス合金は
Ni65Cr15P16B4合金
Ni65Cr1()P16B4Ta5合金
Fe43Cr16Mo16C15B10合金
Fe^CruMowC^BwTas合金
に対して優れた特性を示した。
比較例 3
腐食試験における 9 mol/LHN03溶液中と 9 mol/ LHN03+5g/L Cre+溶液中における腐食 速度の差を調べた。
試験溶液は以下の 2種類で行った。
(1) 沸騰状態の 9 mol/Lの硝酸溶液
(2) 沸騰状態の 9 mol/Lの硝酸溶液 +5g/L Cr6+
ここで、 溶液 (2)の Cr6+は不純物による酸化力増加を模擬するために加えたものであ る。
腐食試験のうち本発明の代表的な金属ガラス組成である Ni6。Nb2。Zr2。合金及び
Ni57Nl¾Zr19Ta5合金につき実施した結果を表 3に示す。 なお、 比較のために
Ni65Cr15P16B4合金
Ni65Cr10P16B4T¾合金
Fe43Cr16Mo16C 。合金
Fe,13Cr16Mo B10Ta5合金
についても試験したので合わせて示している。 本発明の Ni6。Nb2。Zr2。金属ガラス合金及び本発明の Ni57Nb19Zr19Ta5金属ガラス合金は、 沸騰 9 mol/L HN03溶液中及び 5g/L Cr6+添加した溶液中では Cr6+を添加しない溶液中で比 較例のうち最も腐食速度差の小さい N65Cr10P16B4Ta5と同等の腐食速度差を示した。 他方、 Ni— Nb系金属ガラスの沸騰 9 mol/L HN03溶液中では 10— 3 mm/yの桁の腐食速度を示し、 さ らに 5g/L Cr6+添加した溶液中でも腐食速度は 10— 2 mm/yの桁の腐食速度を示した。
このように本発明の金属ガラス合金は超高耐食性を示し、 酸化力が強まるほど、 金属ガラ ス合金は
Ni65Cr15P16B4合金
Figure imgf000009_0001
Fe43Cr16Mo16C15B10合金
Fe43Cr16Mo16C15BI0Ta5^
に対して優れた特性を示した。
比較例 4
腐食試験における 6 mol/ LHN03溶液中と 6 mol/LHN03+5g/L Cr6+溶液中における腐食速度 の差を調べた。
試験溶液は以下の 2種類で行った。
(1) 沸騰状態の 6 mol/Lの硝酸溶液
(2) 沸騰状態の 6 mol/Lの硝酸溶液 +5g/L Cr6+
ここで、 溶液 (2)の Cr6+は不純物による酸化力増加を模擬するために加えたものであ る。
腐食試験のうち本発明の代表的な金属ガラス組成である Ni6。Nb15Zr15Ti15Ta5合金及び Ni57Nb19Zr19Ta5合金につき実施した結果を表 4 に示す。 なお、 比較のために NAR— 310Nb 鋼についても試験したので合わせて示している。
NAR-310Nbの腐食速度差は本発明の Nis。NbiSZrI5TilsTa5金属ガラス合金及び本発明の Ni57Nb19Zr19Ta5金属ガラス合金に比して約 1〜 2桁高い。
このように本発明の金属ガラス合金は超高耐食性を示し、 酸化力が強まるほど、 金属ガラ ス合金は NAR— 310Nb鋼に対して優れた特性を示した。 表 1
腐食試験結果を示した表である。
表 1 腐食試験結果
Figure imgf000010_0001
*44hで完全に溶解
表 2
腐食試験結果を示した表である。
Figure imgf000011_0001
* 2hで完全に溶解 * * 147 hで完全に溶解 表 3
腐食試験における 9 mol/L HNO 溶液中と 9mol/L HN03+ 5 g/lCr6+溶液中における腐食速 度の差を示した表である。
表 3 腐食試験結果
Figure imgf000012_0001
表 4
腐食試験における 6 mol/L HNOa 溶液中と 6 mol/L HN03+ 5 g/lCr6+溶液中における腐食 速度の差を示した表である。 表 4 腐食試験結果
6 mol/L励 3 6 mol/LHN03 +Cr6+ 腐食速度差 試料
溶液中 Δ R (mm/y) R / y) R / y)
(l)Ni60Nb15Zr5Ti1BTa6 3.43xl0"3 1.17xl0-2 8.27xl0"3
(2)Ni57Nb19Zr19Ta6 4.83χ1(Γ3 3.10x10 -2 2.62xl0—2
(3)赚ー 3丽 b 2.21xl0'2 >23.7 >23.7

Claims

請求の範囲
1 .式 Nia— Nbb— Zrc— Tid— Tae (ただし、 a, b, c, d, eは原子％であり、 55≤a≤60、 15≤ b ≤20, 5≤ c≤20, 0≤ d≤15, 0≤e≤15である。 ） で示される組成を有する Ni— Nb— Zr 系耐高酸化性溶液金属ガラス合金。
2 . 硝酸溶液取扱い機器用の耐高酸化性溶液金属ガラス合金であって、 式 Nia— bb— Zrc — Tid— Tae (ただし、 a, b, c, d，eは原子0 /0であり、 55≤a≤60、 15≤ b≤20, 5≤ c≤20 0 ≤ d≤15, 0≤e≤15である。 ） で示される組成を有することを特徴とする請求項 1記載 の耐髙酸化性溶液金属ガラス合金 '
3 . 使用済核燃料再処理施設における硝酸溶液取扱い機器用の耐高酸化性溶液金属ガラス 合金であって、 式 Nia— Nbb— Zrc— Tid— Ta。 （ただし、 a， b, c, d, eは原子0 /0であり、 55≤a ≤60、 15≤ b≤20, 5≤ c≤20s 0≤ d≤15, 0≤e≤15である。 ） で示される組成を有す ることを特徴とする請求項 1記載の耐高酸化性溶液金属ガラス合金
4 . 容器内面に耐高酸化性溶液金属ガラス合金を高速ガスフレーム溶射法にて溶射して溶 射膜を形成した高酸化性溶液取扱 ヽ機器であって、 前記耐高酸化性溶液金属ガラス合金は 式 Nia— Nbb— Zrc—Tid— Tae (ただし、 a, b， c, d, eは原子0 /0であり、 55≤a≤60、 15≤ b≤2 0、 5≤ c≤20, 0≤ d≤15, 0≤e≤15である。 ） で示される組成を有することを特徴とす る高酸化性溶液取扱 ヽ機器
5 . 容器内面に耐高酸化性溶液金属ガラス合金を高速ガスフレーム溶射法にて溶射して溶 射膜を形成した硝酸溶液取抜!/ヽ機器であって、 前記耐高酸化性溶液金属ガラス合金は式 N ia-Nbb-Zr0-Tid-Tae (ただし、 a, b, c, d, eは原子0 /0であり、 55≤a≤60、 15≤ b≤20, 5 ≤ c≤20, 0≤ d≤15, 0≤e≤15である。 ） で示される組成を有することを特徴とする請 求項 4記載の高酸化性溶液取扱!/、機器
6 · 容器内面に耐高酸化性溶液金属ガラス合金を高速ガスフレーム溶射法にて溶射して溶 射膜を形成した使用済燃料再処理施設における硝酸溶液取扱い機器であって、 前記耐髙酸 化性溶液金属ガラス合金は式 Nia— Nbb— Zrc— Tid— Tae (ただし、 a, b, c, d, eは原子％であ り、 55≤a≤60、 15≤ b≤20, 5≤ c≤20, 0≤ d≤15 0≤e≤15である。 ） で示される組 成を有することを特徴とする請求項 4記載の高酸化性溶液取极レ、機器
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