ВПЛИВ НАСИЧЕННЯ ВОДНЕМ НА ХАРАКТЕРИСТИКИЦИРКОНІЮ (ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД)

Анотація

У статті наведено літературний огляд щодо впливу насичення воднем на властивості цирконієвих сплавів. Цирконієві сплави є незамінним конструкційним матеріалом для активної зони ядерних реакторів. Під час експлуатаційних навантажень неодмінно відбувається взаємодія цирконієвих матеріалів з елементами проникнення (кисень, азот, водень). Найбільшу спорідненість цирконій проявляє до водню. Одним із вразливих цирконієвих елементів є твельні трубки. Від їхньої цілісності залежить безпечна експлуатація ядерного реактора. З іншого боку, саме твельні трубки найбільше піддаються впливу дії водню. Тому систематизація знань про вплив водню на властивості цирконієвих трубок дозволить краще передбачити їх експлуатаційну поведінку. Згідно з науково-літературними даними залежно від об’єму поглинутого водню може відбуватися утворення твердого розчину або утворення гідридів цирконію. Показано залежність абсорбованого цирконієм водню від розрідження воденьвмісного середовища та температури. Хімічний склад цирконієвого сплаву також впливає на швидкість та кількість поглиненого водню. Наведено вплив водню на механічні властивості цирконієвих сплавів. Показано відмінності на поверхні руйнування після випробувань на розтяг за кімнатної температури залежно від кількості поглиненого водню. Наведено дані, які свідчать що атоми водню розташовуються в октаедричних або тетраедричних міжвузлових пустотах гексагональної щільно упакованої ґратки цирконію. Показано, що в α-цирконію термічна розчинність водню вкрай мала, її значення становить ~6 ат.% при температурі евтектоїдного перетворення, а при кімнатній температурі розчинність водню α-Zr не перевищує 1·10^-5мас.%. У високотемпературному β-Zr водень розчиняється аж до ~50 ат.%. Установлено, що погіршення властивостей цирконієвих елементів ядерних реакторів при експлуатації через дію водню, ймовірно, виникає через низку чинників: водневого окрихчення, формування великих масивних скупчень гідридів і уповільненого гідридного розтріскування. Показано, що напрямок розташування гідридів залежить від текстури матриці та від наявних в матеріалі напружень, які діють в процесі формування гідридів. Встановлено, що водень може проникати в метал через оксидну плівку, дифундуючи, наприклад по протяжним дефектам, таким як дислокації і межі зерен. Зазначено, що розчинність, водню у цирконію зале­жить від наявних вже у металі інших елементів проникнення, зокрема розчинність вод­ню в α-цирконію залежить від розчинного кисню в матриці металу, що підтверджується наведеною потрійною системою «Zr–O–H».