Análisis y caracterización de materiales para la industria nuclear. Diagramas y transformaciones de fases de aleaciones de base circonio

NIEVA, N.; TOLOSA, M. R.; ARREGUEZ, C.; ACOSTA, L.; JIMÉNEZ, M. J.; GÓMEZ, A.; CORVALÁN, C.; ARIAS, D.

San Miguel de Tucumán

Encuentro; ECIFACET 2019. Encuentro Científico de Investigadores de la Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología.; 2019

Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Universidad Nacional de Tucumán

Las aleaciones de base circonio son de gran aplicación en la industria nuclear. Son utilizadas en la fabricación de vainas para los elementos combustibles y para materiales estructurales en los reactores nucleares de agua liviana o pesada. Estas aleaciones son usadas debido a sus especiales características: son materiales resistentes a la corrosión, tienen buenas propiedades mecánicas, resistencia a daños por radiación y baja sección eficaz de captura de neutrones térmicos.Aleaciones de uso muy extendido son las denominadas Zircaloy (principalmente circonio, estaño y hierro) y las de circonio-niobio. La Argentina utiliza este tipo de materiales en sus dos centrales nucleares en funcionamiento pleno (Atucha I y Embalse Río Tercero). Una tercera central (Atucha II) ha entrado en funcionamiento preliminar hace muy poco tiempo.La seguridad es vital para el diseño de materiales usados en distintas tecnologías, en particular en equipamiento de uso nuclear. Por ello es importante lograr un completo conocimiento de la metalurgia física de estos materiales y de los procesos involucrados en la elaboración final del producto. Las propiedades mecánicas y la corrosión dependen fuertemente de la microestructura de estas aleaciones. La corrosión está fuertemente influenciada por el tamaño y distribución de los precipitados de fases secundarias que se forman durante el enfriamiento en el procesamiento del material. Es fundamental entonces el control de la microestructura, lo cual se logra en gran medida con el conocimiento de los diagramas de fases de los sistemas metalúrgicos involucrados en el producto.El sistema ternario hierro-estaño-circonio registra escasos antecedentes de estudio de sus diagramas de fases. En el presente trabajo se investiga la región central y la adyacente al binario hierro-estaño del triángulo de Gibbs del sistema a la temperatura de 800 ºC. Para ello se diseñaron y fabricaron un conjunto de aleaciones ternarias. Se partió de materiales de alta pureza y en la fabricación se utilizó un horno de arco con electrodo de tungsteno no consumible. Se realizaron dos tipos de tratamientos térmicos, uno de mediana duración (poco más de cuatro meses) y otro de larga duración (veinticuatro meses). Luego de un templado en agua, sin rotura del sello, las muestras fueron debidamente preparadas para su caracterización. Se identificaron las fases presentes, en las muestras recién fundidas y en las tratadas térmicamente usando técnicas metalográficas, de difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido con microanálisis semi-cuantitativo utilizando espectrometría dispersiva en energía (SEM-EDS), y microanálisis cuantitativo usando una microsonda eléctrónica con espectrometría dispersiva en longitud de onda (SEM-WDS).Como resultado se presenta el diagrama de fases correspondiente al corte isotérmico de 800°C. Se informa de la existencia de al menos dos nuevas fases ternarias. Se delinean los límites de fases y se identifican campos de existencia de una, dos y tres fases.