Легкоплавкие циркониевые сплавы

А.М. Савченко1, Ю.В. Коновалов1, А.В. Лаушкин1, О.И. Юферов1
1АО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара» (АО «ВНИИНМ»), 123060, г. Москва
Аннотация
Разработан новый класс легкоплавких циркониевых сплавов. Они представляют собой глубокие тройные и четверные эвтектики с очень низкими для циркония температурами плавления от 690 до 860°С. Приведены проекции поверхностей кристаллизации циркониевого угла систем цирконий-бериллий-железо и цирконий-медь-железо. Помимо эвтектических циркониевых сплавов можно также использовать сплавы доэвтектических составов, в которых температура плавления меняется незначительно, зато резко возрастает пластичность сплавов. Важной особенностью этих сплавов является возможность их дополнительного легирования до 3 – 5 % масс. при сохранении низкой температуры плавления сплавов. В качестве легирующих элементов могут использоваться Nb, Cu, Al, Mo, Si и т. д. Дополнительное легирование может производиться для повышения коррозионной стойкости, жидкотекучести, капиллярных свойств, улучшения нейтронно-физических характеристик. Температурный коэффициент линейного расширения и теплопроводность сплавов выше, чем у нелегированного циркония. Коррозионная стойкость в воде и перегретом паре высоких параметров осталась высокой, свойственной циркониевым сплавам. Сплавы обладают высокими капиллярными свойствами, могут использоваться как литейные, могут применяться для пайки разнородных материалов, могут использоваться в аморфном состоянии в виде гранул и лент. Возможно также их использование как гидридов для аккумуляции водорода. Перспективно использование легкоплавких циркониевых сплавов в атомной энергетике в качестве матричных сплавов дисперсионных твэлов. Топливные композиции, включающие эти сплавы, обладают с высокой теплопроводностью, совместимостью и ураноемкостью на 30 – 50 % выше, чем для твэлов реакторов ВВЭР и PWR. Использование нового дисперсионного топлива может привести к улучшению нейтронно-физических характеристик реакторов, увеличить выгорание, снизить температуру топлива и повысить работоспособность топлива в режиме переменных нагрузок.
Получена: 30 марта 2017   Исправлена: 04 мая 2017   Принята: 13 июня 2017
Просмотры: 16   Загрузки: 5
Ссылки
1.
A. S. Zaimovsky, A. V. Nikulina, N. G. Reshetnikov. Zirconium alloys in atomic energy. Moscow, Energoatomizdat (1994) 252 p. (in Russian) [А. С. Займовский, А. В. Никулина, Н. Г. Решетников. Циркониевые сплавы в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1994. 252 с.]
2.
D. L. Douglass. Metallurgy of zirconium. Vienna. International Atomic Energy Agency (1971) (in Russian) [Д. Дуглас. Металловедение циркония. Пер. с англ. под ред. А. С. Займовского М.: Металлургиздат, 1975, 360 c.]
3.
A. V. Nikulina. Zirconium alloys in atomic energy. Metal science and heat treatment, 11, 8 – 12, 2004 (in Russian) [А. В. Никулина Циркониевые сплавы в атомной энергетике. Металловедение и термическая обработка металлов, 11, 2004, с. 8 – 12]
4.
A. Savchenko, I. Konovalov, A. Vatulin, A. Morozov, V. Orlov, O. Uferov, S. Ershov, A. Laushkin, G. Kulakov, S. Maranchak, Z. Petrova. Dispersion type zirconium matrix fuels fabricated by capillary impregnation method. J. of Nucl. Mater., 362, 356 – 363 (2007).
5.
A. M. Savchenko, A. V. Vatulin, A. V. Morozov, G. V. Kulakov, S. A. Ershov, A. V. Laushkin, S. V. Maranchak, Y. V. Konovalov, E. K. Malamanova. Zirconium matrix alloys as innovative material for different types of fuel. Progr. in Nucl. Energy, 2012, 57, 138 – 144 (2012)
6.
Binary Alloy Phase Diagrams. Handbook. Ed. by N. P. Lyakishev. V. 2. Moscow, Mashinostroenie (1997) 1024 p. (in Russian) [Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. В 3‑х т.: Т. 2 под общей редакцией Н. П. Лякишева. — М.: Машиностроение, 1997, 1024 с.]
7.
Binary Alloy Phase Diagrams. Handbook. Ed. by N. P. Lyakishev. V. 1. Moscow, Mashinostroenie (1996) 992 p. (in Russian) [Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. В 3‑х т.: Т. 1 под общей редакцией Н. П. Лякишева. — М.: Машиностроение, 1996, 992 с.]
8.
Physical chemistry of zirconium alloys. Ed. by O. S. Ivanov. Moscow, Nauka (1968) 277 p. (in Russian) [Физико-химия сплавов циркония. Под редакцией О. С. Иванова. М.: Наука, 1968, 277 с.]
9.
A. G. Samoilov, A. I. Kashtanov, V. S. Volkov. Dispersion fuel elements. Materials and technology. Moscow, Energoatomizdat (1982) 224 p. (in Russian) [А. Г..Самойлов, А. И. Каштанов, В. С. Волков Дисперсионные твэлы. Материалы и технология. М.: Энергоатомиздат, 1982. 224 с.]
10.
A. Savchenko, A. Vatulin, I. Konovalov, A. Morozov, V. Sorokin, S. Maranchak. Fuel of Novel Generation for PWR and as Alternative to MOX Fuel. J. of Energy Conversion & Management, 51, 1826 – 1833 (2010)