Кинетика высокотемпературной нитридизации сплавов на основе Zr-U

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Установлены кинетические закономерности образования нитридов и представлена последовательность структурных превращений, характеризующих высокотемпературную (при 1900 °C) нитридизацию сплавов Zr-U, содержащих 2 и 5 мас.% U, в интервале от 3,5 до 60 мин. В ходе высокотемпературного насыщения азотом для каждого состава происходит распад твердого раствора (Zr,U) с образованием композитных структур ZrN-(ZrN1- n /U х Э у /U)-ZrN (где Э - О, N; n , x , y - стехиометрические коэффициенты). При распаде твердого раствора образуется нитрид циркония и выделяется фаза металлического урана, аккумулирующего в центральной части образца содержащиеся в исходном твердом растворе примеси. Кинетические кривые для температуры 1900 °C аппроксимируются экспоненциальным законом и соответствуют нитридизации циркония. Скорость нитридизации твердого раствора (Zr,U) возрастает с увеличением содержания урана. Для завершения процесса образования компактного нитрида твердого раствора (Zr,U)N стехиометрического состава необходимо повышать температуру и увеличивать длительность реакции.

Об авторах

И. А Ковалев

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

Г. П Кочанов

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

Л. О Львов

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

В. Ю Зуфман

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

А. И Огарков

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

Д. П Шорников

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ «МИФИ»)

Email: vankovalskij@mail.ru

Б. А Тарасов

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ «МИФИ»)

Email: vankovalskij@mail.ru

А. А Коновалов

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

А. В Шокодько

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vankovalskij@mail.ru

Список литературы

  1. Wuchina, E. Designing for ultrahigh-temperature applications: The mechanical and thermal properties of HfB2, HfCx, HfNx and aHf(N) / E. Wuchina, M. Opeka, S. Causey, K. Buesking, J. Spain, A. Cull, J. Routbort, F. Guitierrez-Mora //j. Mater. Sci. 2004. V.39. №19. P.5939-5949.
  2. Dong, Sh. Facile preparation of mesoporous titanium nitride microspheres for electrochemical energy storage / Dong Sh., Chen X., Gu L., Zhou X., Xu H., Wang H., Liu Zh., Han P., Yao J., Wang L., Cui G., Chen L. // ACS Appl. Mater.Interfaces. 2011. V.3. №1. P.93-98. doi: 10.1021/am100951h.
  3. Bl‡b, U.W. Bulk titanium nitride ceramics-Significant enhancement of hardness by silicon nitride addition, nanostructuring and high pressure sintering / U.W. Bl‡b, T. Barsukova, M.R. Schwarz, A. K†hler, C. Schimpf, D. Rafaja, E.1. Kroke, U. Mˆhle, I.A. Petrusha //j. Eur. Ceram. Soc. 2015. V.35. №10. Р.2733-2744. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2015.04.005
  4. Hollmer, T. Manufacturing methods for (U-Zr)N-fuels: student thesis / T. Hollmer. - Stockholm: AlbaNova University Centre. 2011. 80 p.
  5. Li, J.Y. Zirconium nitride (ZrN) fibers prepared by carbothermal reduction and nitridation of electrospun PVP /zirconium oxychloride composite fibers /j.Y. Li, Y. Sun, Y. Tan, F.M. Xu, X.L. Shi, N. Ren // Chem. Eng. J. 2008. V.144. №1. P.149-152.
  6. Xin, X. Photochemical synthesis of transition metal-stabilized uranium(VI) nitride complexes / Xin X., Douair I., Rajeshkumar T., Zhao Y., Wang S., Maron L., Zhu C. // Nature Communications. 2022. V.13(1). Art.3809.
  7. Turner, J. UN-UB2 composite fuel material; improved water tolerance with integral burnable absorber /j. Turner, J. Buckley, R.N. Worth, M. Salata-Barnett, M.J.J. Schmidt, T.J. Abram //j. Nucl. Mater. 2022. V.559. Art.153471.
  8. Zheng, L. Layer-structured Cr/CrxN coating via electroplating-based nitridation achieving high deuterium resistance as the hydrogen permeation barrier / Zheng L., Li H., Zhou J., Tian X., Zheng Z., Wang L., Wang X., Yan Y. //j. Advanc. Ceram. 2022. V.11(12). P.1944-1955.
  9. Кривов, М.П. Влияние структурно-фазового состояния нитридного ядерного топлива на ресурс ТВЭЛА / М.П. Кривов, Г.А. Киреев, А.В. Тенишев // Атомная энергия. 2019. Т.127. №1. С.25-29.
  10. Кинёв, Е.А. Методики материаловедческих исследований нитридного ядерного топлива / Е.А. Кинёв, А.В. Барыбин, В.Л. Панченко, В.А. Цыгвинцев // Вопр. атомн. науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2021. №3 (109). С.85-95.
  11. Solntsev, K.A. Oxidative constructing of thin-walled ceramics (OCTWC) / K.A. Solntsev, E.M. Shustorovich, Y.A. Buslaev // Dokl. Chem. 2001. V.378. №4-6. Р.143-149.
  12. Солнцев, К.А. Окислительное конструирование тонкостенной керамики (ОКТК) выше температуры плавления металла: получение оксидных волокон из волокон Al и его сплава / К.А. Солнцев, Е.М. Шусторович, А.С. Чернявский, И.В. Дуденков // ДАН. 2002. Т.385. №3. С.372-377.
  13. Кузнецов, К.Б. Структура и твердость керамики, полученной в процессе высокотемпературной нитридизации циркониевой фольги / К.Б. Кузнецов, К.А. Шашкеев, С.В. Шевцов, А.И. Огарков, Н.Н. Третьяков, М.П. Саприна, А.В. Костюченко, А.С. Чернявский, В.М. Иевлев, К.А. Солнцев // Неорган. матер. 2015. Т.51. №8. С.893-900. doi: 10.7868/S0002337X15080126
  14. Kuznetsov K.B., Shashkeev K.A., Shevtsov S.V., Ogarkov A.I., Tretyakov N.N., Saprina M.P., Kostyuchenko A.V., Chernyavskii A.S., Ievlev V.M., Solntsev K.A. Structure and hardness of ceramics produced through high-temperature nitridation of zirconium foil // Inorg. Mater. 2015. V.51. №8. P.820-827. https://doi.org/10.1134/S0020168515080129
  15. Sheldon, R.I. The U-Zr (uranium-zirconium) system / R.I. Sheldon, D.E. Peterson // Bull. Alloy Phase Diagrams. 1989. V.10. №2. P.165-171.
  16. Powder diffraction file. Alphabetical index inorganic compounds. - Pensilvania: ICPDS, 1997.
  17. Кузнецов, К.Б. Кинетика насыщения циркония азотом в процессе высокотемпературной нитридизации / К.Б. Кузнецов, И.А. Ковалев, В.Ю. Зуфман, А.И. Огарков, С.В. Шевцов, А.А. Ашмарин, А.С. Чернявский, К.А. Солнцев // Неорган. матер. 2016. Т.52. №6. С.609-611. doi: 10.7868/S0002337X16060075.
  18. Kuznetsov K.B., Kovalev I.A., Zufman V.Yu., Ogarkov A.I., Shevtsov S.V., Ashmarin A.A., Chernyavskii A.S., Solntsev K.A. Kinetics of zirconium saturation with nitrogen during high-temperature nitridation // Inorg. Mater. 2016. V.52. №6. P.558-560. doi: 10.1134/S0020168516060078.
  19. Kovalev, I.A.Compositional evolution of zirconium and niobium in the process of high-temperature nitridation of Zr-Nb alloys / I.A. Kovalev, G.P. Kochanov, L.O. L'vov, S.V. Shevtsov, S.V. Kannikin, A.N. Sitnikov, S.S. Strel'nikova, A.S. Chernyavskii, K.A. Solntsev // Mendeleev Communications. 2022. V.32. Is.4. P.498-500. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2022.07.022.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».