• 한국재료학회지
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• 제8권11호
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• pp.1031-1037
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• 1998

Zircaloy-4와 Zr-2.5Nb 합금의 부식에 미치는 냉각속도와 소둔온도의영향을 조사하기 위해서 여러 가지 방법으로 열처리된 시편에 대해서 autoclave 부식시험을 실시하였다. 냉각속도의 영향을 조사하기 위해서 시편을 $1050^{\circ}C$에서 30분 가열 후 염빙수냉, 수냉, 유냉, 공냉, 노냉의 방법에 의해 열처리하였으며, 소둔온도의 영향을 조사하기 위해서 $\alpha$온도, $\alpha$+$\beta$온도, $\beta$온도구역에서 열처리하였다. $500^{\circ}C$부식시험 결과, Zircaloy-4합금에서는 nodule형 부식이 발생되는 반면에 Zr-2.5Nb 합금에서는 nodule형 부식이 발생되지 않았다. Zirfcaloy-4 합금에서는 nodule형 부식이 발생되는 반면에 Zr-2.5Nb 합금에서는 nodule형 부식이 발생되지 않았다. Zircaloy-4합금은 냉각속도가 빠를수록 내식성이 증가하는 반면에 Zr-2.5Nb합금은 냉각속도가 빠를수록 내식성이 감소하는 경향을 보였다. 또한 소둔온도가 증가할수록 Zr-2.5Nb 합금의 내식성은 감소하는 결과를 보였다. Zircaloy-4의 내식성은 Fe, Cr 원소의 기지내 분포와 석출물의 분포에 의해 지배를 받으며 Zr-2.5Nb 합금의 내식성은 기지조직내의 Nb 농도와 $\beta_{-Nb}$상에 의해 지배를 받는 것으로 사료된다.

• 한국재료학회지
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• 제10권6호
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• pp.422-429
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• 2000

Zr 합금의 재결정 거동 및 미세조직 변화에 미치는 열처리 온도 및 시간의 영향의 조사하기위하여 순수 Zr과 Zircaloy-4, Zr-0.88n-0.4Nb-0.4Fe-0.2Cu, Zr-1Nb 합금을 냉간가공한 후 $400^{\circ}C$~$900^{\circ}C$에서 각각 30분~5000분 동안 열처리하였다. 열처리 온도에 따른 Zr합금의 경도, 미세조직 및 석출물 특성을 미소경도기, 광학 현미경 및 투과 전자 현미경을 이용하여 조사하였다. 냉간 가공채는 $400^{\circ}C$에서 $600^{\circ}C$ 범위에서 재결정이 일어났는 데 합금원소가 증가함에 따라 재결정온도가 상승했고 결정립 성장이 억제되었다. 그리고 합금원소 증가에 따른 경도증가 영향이 재결정 이후에도 지속되었다. 열처리 온도 및 시간에 비례하여 재결정 이후 결정립 크기는 증가한 반면 경도변화는 상대적으로 미미하였다. Fe나 Cu가 Zr에 첨가될 경우 회복중 경도증가가 수반되는데, 이는 회복중 생성과 관련이 있는 것으로 사료된다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제17권4호
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• pp.26-31
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• 1999

An attempt was made in this study to investigate the brazing characteristics of Zr-Be binary amorphous alloys for the development of a new brazing filler metal for joining Zircaloy-4 nuclear fuel cladding tubes. This study was also aimed at the feasibility study of rapidly solidified amorphous alloys to substitute the conventional physical vapor-deposited(PVD) metallic beryllium. The $Zr_{1-x}Be_{x}$($0.3\leq$x$\leq0.5$) binary amorphous alloys were produced in the ribbon form by the melt-spinning method. It was confirmed by x-ray diffraction that the ribbons were amorphous. The amorphous. the amorphous alloys were used to join bearing pads on Zircaloy-4 nuclear fuel cladding tubes. Using Zr-Be amorphous alloys as filler metals, it was found that the reduction in the tube wall thickness caused by erosion was prevented. Especially, in the case of using $Zr_{0.65}Be_{0.35}$ and $Zr_{0.7}Be_{0.3}$ amorphousalloys, the smooth and spherical primary $\alpha$-Zr particles appeared in the brazed layer, which was the most desirable microstructure from the corrosion-resistance standpoint.

• 방사성폐기물학회지
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• 제10권4호
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• pp.273-280
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• 2012

전해정련을 이용한 폐 피복관 처리의 타당성을 살펴보기 위하여, $500^{\circ}C$의 LiCl-KCl 용융염 내에서 표면이 산화된 10 g 규모의 Zircaloy-4 피복관 및 순수한 Zircaloy-4 피복관의 전기화학적 거동을 살펴보았다. 산화된 Zircaloy-4 피복관이 담긴 basket을 작업전극으로하여 전압-전류 관계를 측정한 결과, 산화되지 않은 Zircaloy-4 피복관과 비교해 Zr의 산화 peak는 Ag/AgCl 기준 전극 대비, 약 -0.7 V ~ -0.8 V로 유사한 반면, 산화 전류의 크기는 확연하게 감소하는 것으로 나타난다. 이러한 결과는 -0.78 V의 일정전위를 가한 전기화학적 용해 실험에서 살펴본 전류-시간 곡선에서도 유사하게 나타나며, 피복관 조각들의 평균 두께 및 무게 변화로부터 확인할 수 있다. Zircaloy-4 피복관이 산화되었을 경우, 표면의 산화막이 피복관의 전도성에 영향을 주어 basket 내 위치에 따라 전기화학적 용해의 균일성 및 속도를 떨어뜨리는 것으로 나타나지만, 표면의 미세한 결함과 Zr 산화물의 상 특성으로 인해 전기화학적 용해가 진행되는 것으로 판단된다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제2권6호
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• pp.253-259
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• 2003

Zirconium based alloys have been extensively used as a cladding material for fuel rods in nuclear reactors, due to their low thermal neutron absorption cross-section, excellent corrosion resistance and good mechanical properties at high temperatures. However, a cladding material for fuel rods in nuclear reactors was contact water during long time at high-temperature, so it is necessary to improve the wear and corrosion resistance of the fuel cladding, At ambient environment, there are few data or paper on the characteristic of corrosion in chloride solution and acidic solution. The specimens used in this work are pure Zr and Zircaloy-4. Zircaloy-4 is a specific zirconium-based alloy containing, on a weight percent basis, 1.4% Sn, 0.2% Fe, 0.1% Cr. Pitting corrosion resistance of two alloys by ASTM G48 is higher than that of electrochemical method. Passive film formed on Zircaloy-4 is mainly composed of $ZrO_2$, metallic Sn, and iron species regardless of formation environments. Also, passive film formed on Zr alloys shows n-type semiconductic property on the base of Mott-Schottky plot.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 2002년도 춘계공동학술발표회요약집
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• pp.255-255
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• 2002

• 한국전자현미경학회:학술대회논문집
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• 한국현미경학회 2005년도 제36차 추계학술대회 및 제4회 HVEM 이용자 워크샵
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• pp.68-73
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• 2005

• 방사성폐기물학회지
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• 제11권1호
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• pp.55-61
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• 2013

본 논문에서는 염소화 반응을 통해 Zircaloy-4 (Zry-4) 피복관으로부터 Zr의 회수 연구를 수행하였다. 피복관의 Zr을 전부 $ZrCl_4$로 전환시키기 위해, Zry-4 피복관을 380도에서 70 cc/min $Cl_2$ + 70 cc/min Ar 기체를 이용하여 8시간 동안 반응시켰다. 피복관의 초기 무게는 51.7 g이었으나, 8 시간 반응 후에는 0.49 g만이 잔류물로 남아있는 것을 확인하였는데 이는 초기 무게의 0.95wt%에 해당하는 값이다. 반응 생성물의 무게는 121.7 g 이었으며, Zr의 순도는 99.80wt%였다. 주요 불순물로는 Fe (0.18wt%)와 Sn (0.02wt%)를 확인할 수 있었다. 실험 결과를 통해 확인한 Zr의 회수율은 96.95wt%였으며, 실험상 손실은 2.34wt%로 확인되었다. 반응 잔류물의 관찰을 통해 염소화 반응이 길이 방향으로 주로 일어나며, 표면의 산화층이 반응 잔류물로 남는다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 확인된 Zr의 높은 순도와 회수율은 염소화 공정이 폐 피복관 처리 방법으로 매우 유망한 기술임을 의미한다고 볼 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.113-119
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• 2006

중수로형 핵연료 제조공정 중 연료봉 피복관에 간격체와 지지체 등의 부착물이 브레이징으로 접합된다. 본 연구에서는 베릴륨을 물리 증착법(PVD)으로 접합될 부착물의 표면에 증착한 것과 비정질 용가재[$Zr_{1-x}Be_{x}(0.3{\le}x{\le}0.5)$]를 사용하여 브레이징된 접합부의 미세조직과 경도 등의 특성을 비교하고 브레이징 온도가 접합부에 미치는 영향 조사하였다. 비정질 용가재에 의한 접합층의 두께는 PVD-Be의 경우와 비교하여 더 얇았고, Be 함량이 감소할수록 접합층의 두께는 감소하였으며 모재의 침식은 거의 없었다. PVD-Be의 경우 공정 반응, 액상 출현, 모세관 현상과 확산으로 브레이징 되나 비정질 합금은 용가재 만이 용융되어 액상 접합되는 것으로 사료된다. PVD-Be 접합부의 미세조직은 계면에서 수지상이 형성되어 내부로 성장하나, 비정질 합금에 의한 접합부는 석출된 제2상들이 구상으로 구성되며 브레이징 온도가 증가할수록 구상은 더욱 커졌다. 비정질 합금 접합부의 경도는 Be 함량이 감소할수록 경도는 증가하였다. 본 연구에 사용된 비정질 합금 중 $Zr_{0.7}Be_{0.3}$ 합금은 접합부에서 Be의 모재로의 확산이 적어 부드러운 계면과 모재의 침식이 없었고 높은 경도 때문에 핵연료 피복재 접합에 가장 적합한 용가재로 사료된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권9호
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• pp.2054-2063
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• 2020

The high-temperature oxidation behavior of ZrSi₂ used as a coating material for nuclear fuel cladding was investigated for developing accident-tolerant fuel cladding of light water reactors. Bulk ZrSi₂ samples were prepared by spark plasma sintering. In situ X-ray diffraction was conducted in air at 900, 1000, and 1100 ℃ for 20 h. The microstructures of the samples before and after oxidation were examined by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The results showed that the oxide layer of zirconium silicide exhibited a layer-by-layer structure of crystalline ZrO₂ and amorphous SiO₂, and the high-temperature oxidation resistance was superior to that of Zircaloy-4 owing to the SiO₂ layer formed. ZrSi₂ was coated on the Zircaloy-4 tube surface using laser 3D printing, and the coated tube was oxidized for 2000 s at 1200 ℃ under a vapor/argon mixture atmosphere. The outer surface of the coated tube was hardly oxidized (10-30 ㎛), while the inner surface of the uncoated tube was significantly oxidized to approximately 300 ㎛.