Page 28 - Zmist-n4-2015

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 4. – Physicochemical Mechanics of Materials

СИНТЕЗ СПЛАВІВ НА ОСНОВІ ЦИРКОНІЮ І ТИТАНУ
З ВИКОРИСТАННЯМ ЇХ ГІДРИДІВ

О. М. ІВАСИШИН, Д. Г. САВВАКІН
Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, Київ
Досліджено синтез сплавів на основі цирконію та системи Zr–Ti з використанням
порошкових гідридів цирконію і титану. Тут водень відіграє роль тимчасової легу-
вальної домішки до цих металів, видаляючись з них за нагріву у вакуумі і спричи-
няючи при цьому низку фазових перетворень, що активує процеси спікання і хіміч-
ної гомогенізації порошкових систем. Далі його концентрація у синтезованих так
сплавах знижується до безпечних рівнів. Розроблено режими, що забезпечують от-
римання за вказаним підходом мікроструктурно однорідних сплавів з невеликою
кількістю залишкових пор, механічні властивості яких відповідають створеним за
традиційними технологіями.
Ключові слова: гідрид цирконію, гідрид титану, порошки, водень, спікання, мікро-
структура.

Цирконій характеризується підвищеною корозійною тривкістю, в тому числі
в біологічних середовищах, малим поперечним перерізом поглинання теплових
нейтронів, а його сплави мають високі міцність і опір повзучості. Тому такі спла-
ви, леговані ніобієм і оловом, широко використовують для виготовлення оболонок
тепловиділяючих елементів (ТВЕЛів) та інших конструкційних елементів ядер-
них реакторів [1]. Завдяки високій тривкості у біологічних середовищах і через
відсутність токсичного впливу на людський організм цирконій використовують у
медицині для виготовлення ортопедичних, зубних та ендоваскулярних імпланта-
тів. Особливо тут перспективні сплави на основі бінарної системи Zr–Ti [2, 3].
Титан знаходиться у тій самій групі таблиці Менделєєва, що і цирконій, і
має з ним низку подібних характеристик, в першу чергу, високі міцність і коро-
зійну тривкість. Сплави на основі бінарної системи Zr–Ti, додатково леговані
ніобієм або танталом, які стабілізують високотемпературну ОЦК b-фазу за кім-
натної температури, не тільки біосумісні, але і володіють низьким модулем Юнґа
(50…80 GPа і нижче [2–5]), наближеним до модуля Юнґа кісткової тканини, що є
необхідною умовою для матеріалів імплантатів. Крім того, вони перспективні для
виготовлення пружних елементів для потреб різних галузей машинобудування.
Проте отримати такі сплави і вироби з них традиційними металургійними
методами (виплавлення зливків, їх багатостадійна термічна та термомеханічна
обробки) енерговитратно і технологічно складно, а також пов’язано з втратами
матеріалу (до 90%) під час переробки зливків у вироби необхідної форми. Подо-
лати це можна, застосовуючи порошкові технології. Встановлено [6–8], що тита-
нові сплави, одержані спіканням спресованих багатокомпонентних сумішей на
основі порошку наводненого титану (гідриду титану), мають помітно вищі фізи-
ко-механічні характеристики, ніж отримані традиційно з титанового порошку.
Водень за такого підходу є тимчасовою легувальною домішкою до титану і вида-
ляється з металу під час вакуумного нагрівання і високотемпературного синтезу

Контактна особа: Д. Г. САВВАКІН, e-mail: savva@imp.kiev.ua
27