Estudio teórico y numérico de la difusión de hidrógeno en aleaciones base Zr-Nb

• Autores: Beltramo, Guillermo; Ramunni, Viviana Patricia; Pasianot, Roberto César
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2022;04(32):112-119
• Materia: ZR-NB; DIFUSION DE H; AB-INITIO; FISURACION ASISTIDA POR HIDRUROS; ZR-NB; H DIFFUSION; AB-INITIO; DELAYED HYDRIDE CRACKING
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En el marco de los problemas de fisuración asistida por hidruros en los tubos de presión de los reactores nucleares tipo CANDU, estudiamos la influencia de la fase continua Zr-β(∼20 % Nb -∼80 % Zr) sobre el coeficiente de difusión del hidrógeno, DH, en las aleaciones bifásicas Zr-α/ Zr-β. Proponemos un modelo fenomenológico de la difusión en tubos que constituye una mejora respecto de otros disponibles en literatura. También estudiamos la influencia del contenido de Nb sobre el DH en la fase Zr-β(cúbica) empleando la teoría del estado de transición, provista de parámetros ab-initio calculados con el código SIESTA. En particular, consideramos 9 aleaciones ordenadas con distintas concentraciones de Nb, y determinamos energías de activación efectivas mediante ajustes de Arrhenius para cada aleación. Encontramos que la concentración de Nb varía la energía de activación de forma no monótona, pasando por un máximo para Zr-50 %Nb. Finalmente, observamos que la mayor difusividad en la dirección longitudinal (o axial) del tubo vs. la radial, predicha y medida, es consistente con la microestructura texturada del material. Concluímos que la pérdida de continuidad de las láminas de Zr-β presentes en la microestructura de los tubos de presión, es consistente con la disminución de DH a medida que trascurre el tiempo a una dada temperatura
Within the framework of the delayed hydride cracking phenomena reported for the pressure tubes of CANDU-type nuclear reactors, we study the influence of the Zr-β(∼20 %Nb -∼80 %Zr) continuous phase on the hydrogen diffusion coefficient, DH, through the Zr-α/ Zr-β biphasic alloy. We propose an improved phenomenological model for DH with respect to those found in the literature. Furthermore, we study the influence of the Nb content on DH for the cubic phase Zr-β, employing the transition state theory furnished with ab-initio parameters provided by the SIESTA code. In particular, 9 ordered alloys are considered with different Nb content and effective activation energies are computed by Arrhenius fits for each alloy. We find that activation energies vary in a non-monotonic way as Nb content increases, reaching a maximum value at about Zr-50 %Nb. Finally, we observe that the predicted and measured larger diffusivity along the tube axis vs. the radial direction, is consistent with the material texture. Moreover, we conclude that the lossof continuity of the Zr-β sheets present in the tube microstructure, is consistent with the decrease of DH in time at agiven temperature
Fil: Beltramo, Guillermo. Universidad Nacional de San Martín (UNSAm-CNEA). Instituto Sábato. Buenos Aires. Argentina
Fil: Ramunni, Viviana Patricia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). Buenos Aires. Argentina
Fil: Pasianot, Roberto César. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sábato (UNSAM-CNEA). San Martín. Argentina