Page 33 - Zmist-n4-2015

кових стадіях десорбції водню і перетворення ZrH 2 ® Zr дифузія в системі части-
нок гідриду цирконію і крапель олова активується, що пришвидшує гомогеніза-
цію порівняно зі системою розплавленого олова з цирконієм [14]. Повністю хі-
мічно однорідний сплав Zr–1,5Sn швидко формується твердофазним шляхом вже
при 1250°С (тобто після десорбції водню), але в його структурі навіть за тривало-
го спікання зберігаються відносно великі пори, що утворилися під час реакції
рідкого олова з частинками гідриду цирконію на стадії нагрівання. Зменшуючи
розміри частинок олова, знижували об’ємну частку пор і отримували відносну
густину 97,3% (рис. 4b).

Рис. 4. Мікроструктура сплавів Zr–1Nb (а) та Zr–1,5Sn (b), синтезованих при 1250°С, 4h.
Fig. 4. Microstructure of Zr–1Nb (a) and Zr–1.5Sn (b) alloys synthesized at 1250°C for 4 h.
Сформувати потрійні сплави системи Zr–Ti–Nb з необхідними характерис-
тиками досить важко перш за все через складніші процеси, температурні межі
яких частково або повністю перекриваються під час нагрівання (десорбція водню
з двох гідридів, хімічна гомогенізація системи та спікання частинок). За нагріву
таких порошкових систем фазові перетворення ZrH 2 ® Zr i TiH 2 ® Ti з десорбці-
єю водню відбуваються до температури 1000°С. Активовані воднем частинки
цирконію і титану дають поштовх для інтенсивного розвитку взаємної дифузії
між ними, в той час як частинки ніобію в цьому температурному інтервалі ще
відносно інертні для розвитку дифузійних процесів. Внаслідок активної дифузії
між частинками титану і цирконію і необмеженої взаємної їх розчинності ці
елементи в чистому вигляді зникають вже на стадії неперервного нагрівання до
1000°С з формуванням бінарної матриці Zr–Ti з широким спектром локальних
концентрацій. Водночас ніобій надзвичайно повільно дифундує у сформовані
бінарні сплави Zr–Ti (рис. 5а), насичуючи їх до концентрації не вище 1…2%, а
зустрічна дифузія титану і цирконію в частинки ніобію взагалі відсутня.
Лише з підвищенням температури до 1250°С взаємна дифузія між частинка-
ми ніобію та матрицею Zr–Ti пришвидшується достатньо, щоб сформувати пов-
ністю однорідні сплави Zr–Ti–Nb обох досліджених складів за ізотермічної вит-
римки 4 h (рис. 5b). Вміст ніобію 21,5 та 25,5% задовільний, щоб стабілізувати за
кімнатної температури однофазний ОЦК b-стан в обох сплавах відповідно до фа-
зової діаграми. Проте надзвичайно важливо знизити в них об’ємну частку залиш-
кових пор, яка є підвищеною (6…9%). Причиною високої пористості є ефект
Френкеля під час розвитку взаємної дифузії трьох металів. Аналіз результатів ди-
фузійної рухливості цих металів при 1250°С (табл. 2) свідчить, що тут швидкість
дифузії титану, цирконію та ніобію приблизно однакова, за винятком дифузії ти-
тану і цирконію в ніобій, яка нижча на 4–6 порядків. Це узгоджується з поданими
експериментальними результатами, згідно з якими саме ніобій є елементом,
градієнт концентрації якого зникає в останню чергу під час хімічної гомогенізації

32