Koboltfritt material för säkerhetsrelaterade ventiler

Duroc Engineering har i mer än tio år levererat tjänster och produkter baserade på Durocs laserteknik till kärnkraftverket Ringhals. Tillsammans med Ringhals har Duroc bland annat utvecklat det koboltfria materialet Duroc F20. Under 2004 verifierade Ringhals att koboltbaserade ventilmaterial kunde elimineras i ett viktigt säkerhetssystem och ersättas av koboltfria Duroc F20. Duroc F20 har med stor framgång installerats i flera ventilsystem.

– Ringhals kärnkraftverk har under många år arbetat med teknik- och säkerhetsfrågor för att kunna ersätta koboltbaserade material i våra säkerhetsventiler. Detta har också stor betydelse långsiktigt för kärnkraftsindustrin internationellt, säger Göran Embring vid Ringhals avdelning för material och analys.
Koboltfritt bidrar till minskad bakgrundsstrålning
Koboltbaserade material är idag vanligt förekommande i ventiler inom industrin. Detta på grund av kobolts förmåga till låg friktion under höga kontakttryck. Koboltbaserade legeringar används av detta skäl bland annat som ventilmaterial i kärnkraftverk, men i den miljön kan legeringarna generera negativa bieffekter.
Koboltrika nötningsfragment från ventilytorna följer med vattenflödet i den slutna primärkretsen och löper risk att aktiveras när de passerar bränslet i reaktortanken. Denna process medför ett signifikant bidrag till bakgrundsstrålningen, som man vill hålla på en minimal nivå för att underlätta underhållsarbeten nära primärkretsen.

Egenskaper hos materialet duroc F20
Det av Ringhals och Duroc utvecklade materialet Duroc F20 har lika låg friktionskoefficient som koboltbaserade legeringar vid höga tryck, samt har dessutom uppvisat låg friktionskoefficient även vid låga tryck. Detta vidgar genast tillämpningsområdet och användningspotentialen för Duroc F20 som ersättare för koboltbaserade legeringar. Förutom i ventilsystem där strålningsaspekten blir en avgörande faktor, finns det rent tekniska och ekonomiska fördelar i att använda Duroc F20 i ventilsystem som arbetar under låga kontakttryck.
Materialet är framtaget vid Durocs anläggningar i Umeå, friktionsprovat vid Ångström Laboratoriet, Uppsala Universitet och Battelle Memorial Institute, USA.

Doktorsavhandling – förståelse för koboltbaserade legeringar
För att kunna utveckla ett ersättningsmaterial för kobolt, med likvärdiga eller ännu bättre egenskaper har det varit nödvändigt att förstå hur materialen fungerar. Därför har ett doktorandprojekt, initierat av Ringhals bedrivits parallellt med utvecklingen av Duroc F20.

En viktig slutsats i avhandlingen, var att koboltbaserade legeringar vid högt tryck bildar ett nanometertunt ytskikt, som skapar förutsättningarna för dess låga friktionskoefficient.
Avhandlingen ”On the Mechanisms behind the Tribological Performance of Stellites” försvarades av Daniel Persson, anställd hos Duroc Engineering, i december 2005 på Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet.