일반기술

고내식성 지르코늄 합금 핵연료 피복관과 그 제조방법

본 기술은 경수로 원자력 발전소의 핵연료 피복관 재료로 쓰이는 보호성 산화피막 형성을 통한 내 부식성이 향상된 지르코늄 신 합금이다. 본 기술의 우수한 부식 저항성을 갖는 지르코늄 합금은:1) 두께 0.5 μm의 지르코늄 산화 피막(ZrO2)을 700℃에서 형성한 Zr로 이루어진 합금계, 2) 두께 1.0 μm의 지르코늄 산화 피막(ZrO2)을 700℃에서 형성한 Zr로 이루어진 합금계, 3) 두께 1.3 μm의 지르코늄 산화 피막(ZrO2)을 700℃에서 형성한 Zr로 이루어진 합금계, 4) 두께 2.3 μm의 지르코늄 산화 피막(ZrO2)을 700℃에서 형성한 Zr로 이루어진 합금계,5) 두께 2.5 μm의 지르코늄 산화 피막(ZrO2)을 700℃에서 형성한 Zr로 이루어진 합금계,6) 두께 3.7 μm의 지르코늄 산화 피막(ZrO2)을 1100℃에서 형성한 Zr로 이루어진 합금계의 여섯 종류이다. 기존 상용 피복관용 지르코늄 합금에 대하여 700-1100 ℃의 온도범위에서 보호성 산화피막을 형성함으로써 내부식성이 향상된 신 합금을 제조하는 것을 발명의 요지로 한다. 기존에 시도되지 않았던 보호 산화피막을 피복관용 지르코늄 합금에 형성하여 내부식 성능을 향상하였다. 본 기술의 피복관은 핵연료를 수용하기 위한 신장된 중공의 금속성 관으로, 상기 금속성 관은 지르코늄 합금재이며, 지르코늄 합금재관의 외측면에는 두께 0.5~3.7㎛의 지르코늄 산화피막이 형성되는 것을 포함하여 구성된다. 또한, 본 기술의 피복관 제조방법은 지르코늄 합금재의 중공의 튜브형인 핵연료 피복관을 산화성 분위기의 650~1100℃에서 열처리하여 피복관의 외측면에 두께 0.5~3.7㎛의 산화피막을 형성하는 것이다. 지르코늄 합금은 활성이 강한 금속이므로 공기 또는 물의 존재하에서 표면에 산화피막이 형성된다. 따라서, 원자로내 약 350℃ 가압수의 환경에서 지르코늄 합금의 피복관에는 자연적으로 산화피막이 형성된다. 그러나, 원자로내에서 피복관의 사용중에 피복관의 외측면에 형성된 산화피막은 내식성이 떨어지고 부식진행이 현저하게 되면서 산화피막의 박리가 일어난다. 따라서, 피복관의 내부식성 측면에서 그 외측면에서의 산화피막의 형성은 긍정적으로 보고 있지 않다.