АУЫР СУ БУЫНДАҒЫ ZrBe₂ КОРРОЗИЯСЫ ПРОЦЕСТЕРІН ЗЕРТТЕУ

Бұл жұмыста үлгіні жылу жүктемелері жағдайында Ar+D₂O бу-газ ортасының стационарлық ағынымен үрлеу кезінде ZrBe₂ бериллидінің коррозиясы процестерін зерттеу бойынша эксперимент нәтижелері ұсынылған. Бериллид ZrBe₂ өнеркәсіптің әртүрлі салаларында, ғылым мен техникада, оның ішінде термоядролық энергетикада пайдалану кезінде перспективалы материалдардың бірі ретінде қарастырылады. Әртүрлі изотоптық құрамдағы (Н₂О және D₂O) су буларының қоспалары бар инертті газдармен үрлеу жағдайларында бериллидтердің коррозиясы процестерін зерделеуге қызығушылық осындай өзара іс-қимыл кезінде туындайтын процестерді түсіну қажеттілігімен байланысты.

ZrBe₂ үлгісімен коррозиялық эксперимент Mettler-Toledo (Швейцария) компаниясы өндірген синхронды термогравиметриялық талдау және TGA/DSC 3 + дифференциалды сканерлейтін калориметрия аспабында Pfeiffer ThermoStar квадрупольды масс-спектрометрі бар жиынтықта 100 °С-ден 1200 °С-ге дейінгі температуралық диапазонда жүргізілді. Зерттеу объектісі ретінде «Үлбі металлургия зауыты» АҚ (Өскемен қ., Қазақстан) өндірген ұсақталған, өнеркәсіптік дайындалған цирконий бериллиді таңдалды.

Эксперименттік деректерді талдау нәтижесінде ауыр су буының цирконий бериллидімен өзара әрекеттесу тетігі ұсынылды және бу-газ қоспасымен (Ar+D₂O) үрлеу кезінде ауыр су буымен өзара әрекеттесу процесінде ZrBe₂ коррозия жылдамдығының константасын анықтау теңдеуі алынды:

1. Nakamichi M., Yonehara K., Wakai D. Trial fabrication of beryllides as advanced neutron multiplier // Fusion Eng. Des. – 2011. – Vol. 86. – P. 2262–2264. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2011.03.009

2. Kim J.H., Nakamichi M. Characterization of modified Be13Zr beryllide pebbles as advanced neutron multipliers // Fusion Eng. Des. Part B. – 2019. – Vol. 146. – P. 2608–2612. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.04.054

3. Mukai K., Kasada R., Kim J.H., Nakamichi M. Electronic descriptors for vacancy formation and hydrogen solution in Be-rich intermetallics // Acta Mater. – 2022. – Vol. 241.– Аrt 118428. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118428

4. Singh D.J., Gupta M. Anomalous structural behavior and electronic structure in ZrBe2Hx: Density functional calculations // Phys. Rev. B. – 2007. – Vol. 76.– Art. 075120. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.075120

5. Shein I.R., Medvedeva N.I., Ivanovskii. A.L. The band structures of superconducting MgB2 and the isostructural compounds CaGa2, AgB2, AuB2, ZrBe2, and HfBe2 // Phys. Solid State. – 2001. – Vol. 43.– P. 2213–2218. https://doi.org/10.1134/1.1427944

6. Goesten M.G. Be–Be π-bonding and predicted superconductivity in MBe2 (M= Zr, Hf) // Angew Chem. Int. Ed. Engl. – 2022. – Vol. 61(43). – P. e202114303. https://doi.org/10.1002/ange.202114303

7. Paine R.M., Stonehouse A.J, Beaver W.W. High temperature oxidation resistance of the beryllides // Corrosion. – 1964. – Vol. 20 (10). – P. 307t–313t. https://doi.org/10.5006/0010-9312-20.10.307t

8. Fleischer R.L., Zabala R.J. Mechanical properties of high-temperature beryllium intermetallic compounds // Metall. Trans. A. – 1989. – Vol. 20. – P. 1279–1282. https://doi.org/10.1007/BF02647411

9. Miyamoto M., Sugimoto Y., Nishijima D., Baldwin M.J., Doerner R.P., Zaloznik A., Kim J.H., Nakamichi M. Comparative study of surface modification and D retention between beryllium and beryllides under high flux plasma exposure // Nuclear Materials and Energy. – 2021.– Vol. 27. – P. 101014. https://doi.org/10.1016/j.nme.2021.101014

10. Mishima Yoshinao, Yoshida Naoaki, Takahash Heishichiro, Ishida Kiyohito, Kawamura Hiroshi, Iwadachi Takaharu, Shibayama Tamaki, Ohnuma Ikuo, Sato Yoshiyuki, Munakata Kenzo, Iwakiri Hirotomo, Uchida Munenori Present status of beryllides for fusion and industrial applications in Japan // Fusion Engineering and Design. – 2007. – Vol. 82, Issue 1.– P. 91–97. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2006.07.091.

11. Kawamura H, Takahashi H, Yoshida N, Mishima Y, Ishida K, Iwadachi T, Cardella A., van der Laan J.G, Uchida M., Munakata K., Sato Y., Shestakov V., Tanaka S. Resent status of beryllide R&D as neutron multiplier // Journal of Nuclear Materials. – 2004. – Vol. 329–333, Part A. – P. 112–118. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.297

12. Kinga D.J.M., Knowles A.J., Bowden D., Wenman M.R., Capp S., Gorley M., Shimwell J., Packer L., Gilbert M.R., Harte A. Review High temperature zirconium alloys for fusion energy // Journal of Nuclear Materials. – 2022. – Vol. 559. – P. 153431. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153431

13. Forty B.A., Karditsas P.J. Uses of zirconium alloys in fusion applications // Journal of Nuclear Materials. – December 2000. – Vol. 283–287, Part 1. – P. 607–610. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(00)00146-X

14. Nakamichi, M., Kim J. H., & Ochiai K. Beryllide pebble fabrication of Be–Zr compositions as advanced neutron multipliers // Fusion Engineering and Design. – 2016. Vol. 109–111. – P. 1719–1723. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.10.018

15. Kim J.-H., & Nakamichi M. Anomalous oxidation behavior in a zirconium beryllium intermetallic compound // Journal of Nuclear Materials. – 2019. – Vol. 519. – P. 182–187. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.03.042

16. Ervin G., Nakata M. M. J. Electrochem. Soc. – 1963. – Vol. 110. – P. 1103–1110.

17. Yergazy Kenzhin, Inesh Kenzhina, , Timur Kulsartov, Zhanna Zaurbekova, Saulet Askerbekov, , Yuriy Ponkratov, Yuriy Gordienko, Alexandr Yelishenkov, Sergey Udartsev Study of hydrogen sorption and desorption processes of zirconium beryllide ZrBe2 // J. Nuclear Materials and Energy. – 2024. – Vol. 39. – P. 101634. https://doi.org/10.1016/j.nme.2024.101634101634

18. Okamoto H., Tanner L.E, and Abriata J.P. “The Be-Zr (Beryllium-Zirconium) System,” Phase Diagrams of Binary Beryllium Alloys // ASM International, Metals Park, OH. – 1987. – P. 223–229. https://doi.org/10.1007/s11669-007-9179-6

19. Ponkratov Yu.V., Bochkov V. S., Samarkhanov K.K., Karambayeve I.S. Methodology of Corrosion Testing of Nuclear and Fusion Reactors Materials Using TGA/DSC and MS Complex Techniques // Eurasian Chemico-Technological Journal. – 2019. – Vol. 21 (1). – P. 35–40. https://doi.org/10.18321/ectj787

20. Давыдов Д.А, Холопова О.В. Образование и деградация оксидных пленок бериллия // Вопросы атомной науки и техники. Серия Термоядерный синтез. – вып. 2. – 2010. – С. 39–49.

21. Arthur T. Motta, Adrien Couet, and Robert J. Comstock Corrosion of Zirconium Alloys Used for Nuclear Fuel Cladding // Annu. Rev. Mater. Res. – 2015. – Vol. 45. – P. 311–43. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070214-020951