Page 29 - Zmist-n4-2015

сплавів, спричиняючи при цьому низку фазових перетворень, активуючи дифу-
зійні процеси в порошкових системах і очищуючи титан від домішок кисню, хло-
ру і вуглецю [7, 8]. Оскільки цирконій і титан взаємодіють з воднем подібно і ма-
ють подібні бінарні фазові діаграми з ним, припускали, що цей підхід придатний
і для створення цирконієвих сплавів та сплавів на основі бінарної системи Zr–Ti з
задовільними для практичного використання фізико-механічними характеристи-
ками. Потенціал використання водню як тимчасового легувального елемента до
цирконію і титану для отримання вказаних сплавів досліджували в проекті, що з
2011 р. виконувався в межах цільової комплексної програми фундаментальних
досліджень НАН України “Водень в альтернативній енергетиці та новітніх техно-
логіях”. Нижче викладено основні результати синтезу сплавів на основі цирконію
і системи Zr–Ti з порошків гідридів цих металів.
Методи досліджень. Вивчали синтез
Таблиця 1. Хімічний склад
синтезованих сплавів (mass.%) п’яти сплавів (табл. 1). Перший склад є мо-
дельним і, використовуючи його, встановили
Zr Ti Nb Sn загальні закономірності синтезу бінарних
сплавів Zr–Ti з порошкових сумішей гідри-
60 40 – –
дів цирконію і титану та визначили потенці-
Основа – – 1,5 ал водню як тимчасового легувального
Основа – 1 – елемента в цьому процесі. Сплави Zr–1Nb і
Zr–1,5Sn використовують в ядерній енерге-
59,5 19 21,5 –
тиці [1], а два сплави системи Zr–Ti–Nb є
35 39,5 25,5 – низькомодульними композиціями [4, 5], пер-
спективними для виготовлення медичних ім-
плантатів, а також пружних елементів для машинобудування.
Як стартові матеріали вживали механічно подрібнені порошки наводнених
йодидного цирконію (1,9 mass.% водню) і титанової губки ТГ-110 (3,5%). Така
концентрація водню тут відповідала стану однофазних гідридів, наближаючись
до стехіометрії ZrH 2 та TiH 2. Сплави виготовляли зі сумішей (у відповідних про-
порціях) порошкових частинок вказаних гідридів, а також порошків ніобію та
олова. Використовували відсіяні розмірні фракції частинок обох гідридів і ніобію
менше 100 mm, а частинок олова – менше 200 mm. Для встановлення ролі водню в
окремих експериментах сплав 60Zr–40Ti синтезували, використовуючи цирконіє-
вий порошок, отриманий попереднім дегідруванням порошку гідриду цирконію
визначених розмірів.
Порошкові суміші пресували при кімнатній температурі під тиском 640 МРа
в циліндричні (діаметр 10 mm, висота 10 mm) та прямокутні (65´10´10 mm) зраз-
–3
ки, які надалі нагрівали у вакуумній печі (початковий вакуум ~10 Pа) зі швид-
кістю 10°С/min до температур 1250…1350°C із подальшою ізотермічною витрим-
кою 4 h для одночасного дегідрування, спікання частинок і формування хімічно і
мікроструктурно однорідних сплавів в єдиному циклі. Фазовий склад матеріалу
визначали методом рентгенівського дифракційного аналізу з використанням
CuK α-випромінювання. Фазові перетворення під час десорбції водню з гідриду
цирконію досліджували методами високотемпературного рентгенівського аналі-
зу, а об’ємні ефекти під час десорбції водню та температурні інтервали десорбції
– методом високотемпературної дилатометрії і мас-спектрометрії. Структуру ма-
теріалу вивчали методами оптичної та сканувальної електронної мікроскопії. Змі-
ну густини зразків на різних стадіях нагрівання фіксували гідростатичним мето-
дом. На розтяг синтезовані сплави випробовували за кімнатної температури, щоб
визначити механічні характеристики. Вміст водню і кисню в них встановлювали
газоаналізатором ELTRA OH900.

28