АО «Чепецкий механический завод», Глазов, Россия:

Д. А. Негодин, главный инженер проекта по титану, эл. почта: DmANegodin@Rosatom.ru
Д. Н. Харьковский, инженер-исследователь
Д. В. Дудихин, инженер-технолог

Гафний обладает уникальным комплексом физико-химических свойств (высокая температура плавления, высокая коррозионная стойкость, повышенные прочностные свойства, не снижающие пластичность материала), позволяющих использовать изделия на его основе в различных отраслях промышленности. Преимущественно гафний используют в атомной энергетике, он также нашел свое применение при производстве сверхмощных аккумуляторов и магнитов постоянного типа, при выпуске зеркальных материалов, микросхем и электронных приборов. Единственным предприятием на территории России, производящим гафний, является АО «Чепецкий механический завод» (АО ЧМЗ). В настоящее время в АО ЧМЗ освоена опытно-промышленная схема получения металлического гафния с суммарным содержанием циркония и гафния не менее 99,8 % (мас.) (Zr <1 % (мас.)), масса слитков — до 1000 кг. Из слитков изготавливают изделия для нужд атомной энергетики — плоский прокат и трубы. В целях расширения номенклатуры выпускаемой продукции проведена работа по освоению выпуска фольги из гафния для радиотехнической промышленности. Изготовлены опытные партии фольги толщиной 0,1–0,3 мм. Приведен сравнительный анализ химического состава различных марок гафния и фактического химического состава слитков, выпущенных АО ЧМЗ. Описана схема изготовления фольги с чередованием направления холодной прокатки на 90 град, обеспечивающей высокую однородность материала. Проведен анализ зависимости механических свойств фольги из гафния от режимов финишного отжига. Показано, что прочностные свойства (предел прочности и текучести) снижаются, а пластичность (относительное удлинение) растет с повышением температуры термической обработки до 950 ^oC. Приведены результаты исследований структурного состояния фольги при различных режимах термообработки. Выявлено, что микротвердость листов фольги снижается после проведения термической обработки. По результатам исследований установлено, что схема производства фольги из гафния, разработанная на АО ЧМЗ, обеспечивает изотропность свойств.

1. Негодин Д. А., Штуца М. Г., Ахтонов С. Г. и др. Промышленное производство гафния и изделий на его основе // ВАНТ. 2012. № 2. С. 97–101.
2. Негодин Д. А., Штуца М. Г., Ильенко Е. В., Копарулина Е. С., Александров А. В. Гафний производства ОАО «Чепецкий механический завод» — материал ядерной энергетики // Цветные металлы. 2014. № 1. С. 59–62.
3. Strasser A., Hollow S. Control Assembly Technology Report. FMTP Volume III / Advanced Nuclear Technology International. June, 2014. — 44 p.
4. Jones III J. V., Piatak N. M., Bedinger G. M. Zirconium and Hafnium. Critical Mineral Resources of the United States — Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply. Chapter V. / U.S. Geological Survey, Reston, Virginia. 2017. — 38 p.
5. Шека И. А., Карлышева К. Ф. Химия гафния. — Киев : Наукова думка, 1972. — 454 с.
6. Hedrick J. B. Zirconium and Hafnium. / U.S. Geological Survey Minerals Yearbook, 2001. P. 86.1–86.10.
7. Abdelkareem A. New Extraction Technique of Zirconium and Hafnium from Zircon Mineral // Arab Journal of Nuclear Sciences and Applications. 2019. Vol. 52, Iss. 2. P. 201-208.
8. Бердоносов С. С. Гафний / Физическая энциклопедия : в 5 т. / гл. ред. А. М. Прохоров. — М. : Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова – Длинные линии. — 707 с.
9. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Электронные измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике / под ред. В. П. Дьяконова. — М. : ДМК Пресс, 2011. — 688 с.
10. Hviid R. Hafnium Oxide Upgrades pH Sensing InAs Nanowire FET Devices / Nano-Scienic Center University of Copenhagen. 2010. — 64 p.
11. Uller J. M., Polakowski P., Mueller S., Mikolajick T. Ferroelectric Hafnium Oxide Based Materials and Devices: Assessment of Current Status and Future Prospects // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2015. Vol. 4, Iss. 5. P. 30–35.
12. Tao Li, Hong Bo, Huawei Cao, Yanqing Lai, Yexiang Liu. Carbon-coated Aluminum Foil as Current Collector for Improving the Performance of Lithium Sulfur Batteries // International Journal of Electrochemical Science. 2017. Vol. 12, Iss. 5. P. 3099–3108.
13. Шиков А. К., Бочаров О. В., Аржакова В. М., Безумов В. Н., Перлович Ю. А. и др. Применение гафния для органов регулирования ядерных реакторов и энергетических установок // Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. № 8. С. 20–23.
14. Шиков А., Бочаров О., Аржакова В., Безумов В., Перлович Ю. Создание отечественного производства гафния. Исследование свойств, структурных и текстурных изменений при плавке, деформации и термической обработке гафния // Национальная металлургия. 2002. № 6. С. 77–84.
15. Коцарь М. Л., Моренко О. Г., Штуца М. Г., Ахтонов С. Г., Александров А. В. и др. Получение высокочистых титана, циркония и гафния методом йодидного рафинирования в промышленных условиях // Неорганические материалы. 2010. Т. 46. № 3. С. 332–340.
16. Коцарь М. Л., Лавриков С. А., Никонов В. И., Александров А. В., Ахтонов С. Г. Высокочистые титан, цирконий и гафний в ядерной энергетике // Атомная энергия. 2010. Т. 111. № 2. С. 72–77.
17. ТУ 001.402–2008. Гафний металлический в слитках.
18. ТУ 001.423–2010. Слитки из гафния металлического.
19. ГОСТ 22517–77. Гафний йодидный. Технические условия (с Изм. № 1, 2). — Введ. 01.01.1979.
20. ASTM B 776. Standard Specification for Hafnium and Hafnium Alloy Strip, Sheet, and Plate.
21. ASTM B 737. Standard Specification for Hot-Rolled and/or Cold-Finished Hafnium Rod and Wire.
22. ТУ 48-4.501–88. Полосы гафниевые. Технические условия.
23. ТУ 48-19-447–88. Фольга и полосы гафниевые.

24. Коцарь М. Л., Лавриков С. А., Лапидус А. О. и др. Йодидный гафний. Получение, состав, свойства и применение в материалах органов регулирования ядерных реакторов // ВАНТ. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2014. Вып. 103. № 2. С. 78–84.
25. Неклюдов И. М., Ажажа В. М., Ковтун К. В. и др. Подготовка производства конструкционных материалов из гафния // Наука та iнновацii. 2009. Т. 5. № 2. С. 23–31.
26. Металлургия гафния / под ред. Д. Е. Томаса, Е. Т. Хейса. — М. : Металлургия, 1967. — 308 с.
27. Рисованый В. Д., Захаров А. В., Муралева Е. М. Новые перспективные поглощающие материалы для ядерных реакторов на тепловых нейтронах // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2005. № 3. С. 87–93.
28. ГОСТ 10510–80. Методы испытания на выдавливание листов и лент по Эриксену. — Введ. 01.07.1980.