Evolution of Phase Composition and Microstructure upon Synthesis of Zr—Sn Alloy from Zirconium Hydride and Tin Powders

Abstract

Microstructure and density evolution as well as thermal effects are investigated upon synthesis of Zr—1.5% Sn alloy from powder blends of zirconium-hydride and tin particles. Melting of tin particles at the initial stage of heating results in increased porosity, but does not accelerate chemical homogenization of powder system. Formation of solid intermetallics is accelerated at increased temperatures of 550—800°C due to hydrogen desorption and activation of zirconium matrix. Solid-state homogenization and sintering processes at higher temperatures produce homogeneous tin solution in zirconium. Particle sizes, temperature and time of sintering provide formation of low-porous (with relative density of more than 97%) chemically and microstructurally homogeneous material. Mechanical properties of fabricated alloy are at the level of properties of corresponding material produced with conventional ingot technology.

Досліджено еволюцію мікроструктури, густини та термічні ефекти в ході формування стопу Zr—1.5% Sn з порошкових сумішей частинок гідриду Цирконію та цини. Топлення частинок цини на початкових стадіях нагрівання збільшує пористість у порошковій системі, не завдавши помітного розвитку хемічній гомогенізації, але за підвищення температури до 550—800°C прискорюється процес формування твердих інтерметалідних фаз, в тому числі завдяки десорбції Гідроґену з гідриду й активації цирконійової матриці. За високих температур гомогенізація та спікання частинок відбуваються твердофазним шляхом з формуванням однорідного твердого розчину Стануму в цирконії. Використані в роботі розміри порошкових частинок та температурно-часові параметри нагрівання уможливлюють одержати малопоруватий (з відносною густиною більше 97%) хемічно й мікроструктурно однорідний стоп з механічними характеристиками на рівні характеристик даного матеріялу, одержаного методою лиття та гарячого деформування.

Исследована эволюция микроструктуры, плотности и термические эффекты в процессе формирования сплава Zr—1.5% Sn из порошковых смесей частиц гидрида циркония и олова. Плавление частиц олова на начальных стадиях нагрева увеличивает пористость в порошковой системе, не приводя к заметному развитию химической гомогенизации, но при повышении температуры до 550—800°C ускоряется процесс формирования твёрдых интерметаллидных фаз, в том числе благодаря десорбции водорода из гидрида и активации циркониевой матрицы. При высоких температурах гомогенизация и спекание частиц происходит твердофазным путём с формированием однородного твёрдого раствора олова в цирконии. Использованные в работе размеры порошковых частиц и температурно-временные параметры нагрева позволяют получить малопористый (с относительной плотностью более 97%) химически и микроструктурно однородный сплав с механическими характеристиками на уровне характеристик данного материала, полученного методом литья и горячей деформации.