Лаб. физической химии металлургических расплавов, Институт металлургии Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург, Россия:

Востряков А. А., ст. науч. сотр.

Пастухов Э. А., зав. лаб. эл. почта: past@imet.mplik.ru

Сидоров Н. И., ст. науч. сотр.

Ченцов В. П., ст. науч. сотр.

В последние десятилетия исследователи проявляют серьезный интерес к применению водорода в переплавных процессах рафинирования металлов. Это, а также проблемы водородопроницаемости металлических мембран стали причинами выполнения авторами анализа удаления примесей из жидких Ta, Zr, Nb в процессах рафинирования. Методом молекулярно-динамического (МД) моделирования оценены коэффициенты диффузии водорода и железа в расплавах тантала, циркония и ниобия. Результаты МД-расчетов сопоставлены с литературными данными об удалении примесей при плазменно-дуговом переплаве (ПДП) Ta, Zr и Nb с применением водорода, а также при электронно-лучевом (ЭЛП) и вакуумно-дуговом переплавах (ВДП). Установлено, что воздействие электрического поля на коэффициент диффузии тантала сильнее, чем на коэффициент диффузии железа, водород же в большей степени увеличивает коэффициент диффузии железа. Применение МД-метода для анализа процессов рафинирования жидкого циркония позволило оценить лимитирующий этап процесса, влияние напряженности электрического поля и содержания примеси железа на его коэффициент диффузии D_Fe в жидком цирконии. Результаты расчетов скоростей испарения железа из расплава Ta, Zr с учетом начальной концентрации железа при ЭЛП, ПДП с водородом и ВДП показали, что примерно до середины процесса переплава скорость удаления примеси железа пропорциональна D_Fe. Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего развития исследований температурных зависимостей физико-химических свойств жидких металлов и сплавов в области высоких температур.

1. Линдт К. А., Мухачев А. П., Шаталов В. В., Коцарь М. Л. Совершенствование процесса кальциетермического восстановления тетрафторида циркония // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». 1999. № 2. С. 3–8.
2. Востряков А. А., Ватолин Н. А., Есин О. А., Коновалов Г. Ф. Электромагнитное отделение кристаллов FeSn₂ от жидкого олова // Известия Академии наук СССР. Металлы. 1965. № 6. С. 58–61.
3. Mimura К., Lee S. W., Isshiki M. Removal of alloying elements from zirconium alloys by hydrogen plasma-arc melting // Journal of Alloys and Compounds. 1995. Vol. 221. P. 267–273.
4. Голубев О. Л., Шредник В. Н. Высокотемпературное полевое испарение рения // Журн. техн. физики. 2002. Т. 72, вып. 8. С. 109–115.
5. Пилипенко Н. Н. Рафинирование тантала методом электронно-лучевой плавки // Вопросы атомной науки и техники. 2002. № 1. С. 37–39.
6. Погребняк А. Д., Кульментьева О. П., Кшнякин В. С. и др. Упрочнение и массоперенос при импульсной плазменно-детонационной обработке сталей // Физика и химия обработки материалов. 2002. № 2. С. 40–48.
7. Кузнецов В. П., Логинова Р. Г., Овсяников М. И., Постников В. В. Процессы роста и структуры монокристаллических полупроводников. — Новосибирск : Наука, 1968. Ч. I. — 483 с.
8. Shmakov A. A., Singh R. N. Some peculiarities of Hydrogen behavior and related hydride cracking in zirconium based reactor alloys // Atomic Energy. 1998. Vol. 85, No 3. P. 675–678.
9. Mimura К., Isshiki М. Hydrogen Plasma Arc Melting // Purification Process and Characterisation of Ultra-High Purity Metals: Application of Basis Science of Metallurgycal Processing / ed. Y. Waseda, M. Isshiki. — Berlin : Springer, 2002. P. 181–202.
10. Белаш Н. Н., Татаринов В. Р., Семенов Н. А. Комплексное легирование урана при центробежном литье в циркониевой форме // ВАНТ. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». 2006. № 4 (89). С. 123–127.