Thèse Année : 2024

Understanding the corrosion mecanisms of alumina-forming alloys in molten chlorides salts : application to the molten salt reactor

Compréhension des mécanismes de corrosion des alliages aluminoformeurs dans les sels de chlorures fondus : application au réacteur à sels fondus

Résumé

Molten salt reactor is a very innovative concept of nuclear reactor that is safer and allows to recycle spent fuel from other reactors. In this design, the fuel is not solid but dissolved in molten fluorides or chlorides salts. In this work, the salt of interest is NaCl-MgCl2. However, conventional nuclear alloys undergo severe corrosion in this medium. Therefore, it is necessary to explore new solutions. Until now, aluminaforming alloys have not been extensively studied. Thanks to the aluminium oxide scale these alloys can develop when being preoxidized, they could resist corrosion in molten chloride salts. To answer that question, a purification protocol was designed to control the oxide concentration within the salt in order to limit corrosion and have reproducible results. Two iron-based aluminaforming alloys and two nickel-based aluminaforming alloys were studied. They were preoxidized and immersed in molten NaCl-MgCl2 at 600 °C. These experiments showed the reactivity between alumina and magnesium oxide in the molten salt. The influence of the nature and nobleness of carbides in the material was also highlighted. Corrosion mechanisms were modelled and compared to thermodynamical predictions.

Le réacteur à sels fondus est un concept de réacteur nucléaire très innovant, plus sûr et qui permet de recycler les déchets du parc nucléaire actuel. Dans ce type de réacteur, le combustible n'est pas solide mais dissout dans un mélange de sels chlorures ou fluorures. Dans ces travaux, le milieu d'intérêt est NaCl-MgCl2. Or, les alliages conventionnels de la filière nucléaire subissent une importante corrosion dans ce milieu. Il est donc nécessaire d'explorer de nouvelles pistes. Jusqu'à présent, la littérature a peu étudié les alliages aluminoformeurs. Grâce à a couche d'oxyde d'aluminium développée par ces alliages lorsqu'ils sont préoxydés, ces matériaux pourraient résister à la corrosion dans les chlorures fondus. Afin de répondre à cette question, un protocole expérimental a été développé afin de purifier les sels des oxydes aggravant la corrosion et de garantir la reproductibilité des résultats. Deux alliages à base fer et deux alliages à base nickel aluminoformeurs ont été étudiés. Ces alliages ont été préoxydés et immergés dans le sel fondu de composition NaCl-MgCl2 à 600 °C. Ces essais ont mis en évidence la réactivité de l'alumine vis-à-vis de l'oxyde de magnésium présent dans le bain ainsi que l'influence des carbures et de leur noblesse sur les mécanismes de corrosion. Ces mécanismes de corrosion ont été modélisés et les observations expérimentales ont été comparées aux prédictions thermodynamiques.

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  • HAL Id : tel-05078655 , version 1

Citer

Louis Pellicot. Compréhension des mécanismes de corrosion des alliages aluminoformeurs dans les sels de chlorures fondus : application au réacteur à sels fondus. Chimie analytique. Sorbonne Université, 2024. Français. ⟨NNT : 2024SORUS440⟩. ⟨tel-05078655⟩
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