Estudio de la esquina rica en Fe del sistema Fe-Nb-Zr a 1000°C con difracción de rayos X con luz de sincrotrón

TOLOSA, M.R.; NIEVA, N.; GONZÁLEZ, R.; ARIAS, D.; AURELIO, G.

Congreso; Reunión Anual de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2023

El interés por el Zr y sus aleaciones para uso nuclear comenzó en la década de 1950 y muchose ha avanzado desde entonces en la búsqueda de aleaciones que funcionen adecuadamente bajo lascondiciones de carga en servicio. Entre las aleaciones de uso más extendido en los reactorestradicionales se puede mencionar a las del tipo Zircaloy, compuestas por Zr aleado principalmentecon Sn y Fe y las de tipo Zr-Nb. En los reactores nucleares de potencia más avanzados vuelven aaparecer las aleaciones de base Zr como recubrimiento del combustible, aunque con diferentessolicitaciones y estructura del reactor debido a un quemado superior del combustible, y portemperatura y tiempo de vida mayor que en los reactores tradicionales. Ante esto, se desarrollaronnuevas aleaciones que a mayores temperaturas y durabilidad cumplan con las buenas propiedadesmecánicas y de corrosión de, por ejemplo, las de tipo Zircaloy. Entre las nuevas aleaciones empleadascomo vainas y dispositivos estructurales tienen gran desarrollo aquellas que contienen Zr como basey Nb, Sn y Fe como aleantes principales, por ejemplo, las aleaciones tipo Zirlo (Zr-1,0%Nb-1,0%Sn-0,1%Fe-0,1%O). Es evidente que las aleaciones de base Zr siguen siendo materiales muy adecuadospara mantener la integridad del reactor durante el funcionamiento, así como durante el transporte yalmacenamiento del combustible gastado. Por razones de seguridad es primordial un conocimiento lomás acabado posible de la metalurgia física de estos materiales. Dentro de este contexto se enmarcael estudio del diagrama de fases ternario Fe-Nb-Zr.El diagrama de fases ternario Fe-Nb-Zr viene siendo estudiado desde hace años y, si bien se haavanzado mucho en el trazado del diagrama a distintas temperaturas, la esquina rica en Fe ha quedadosin resolverse ya que, hasta el momento, diferenciar las fases de Laves Hexagonales Fe2Nb(C14) yFe2(Zr1-xNbx)(C36) con la técnica de difracción de Rayos X resulta muy difícil [1-3]. Con el objeto deevaluar experimentalmente esta zona se procedió al diseño y fabricación de un conjunto de aleacionesternarias. Las mismas fueron tratadas térmicamente a la temperatura de 1000°C por 1440 horas ycaracterizadas aplicando técnicas de metalografía, microanálisis y difracción de Rayos X con Luz deSincrotrón (SXRD) en la línea D10B-XPD del Laboratorio Nacional de Luz de Sincrotrón (LNLS-CNPEM, Brasil). El uso de la técnica de SXRD mostró ser muy eficiente para diferenciar las fases deLaves hexagonales en cuestión para las muestras medidas en condición de polvo; no así para lasmuestras medidas en masivo.Finalmente se trazaron los límites de equilibrio de fases en la región bajo estudio, completandoen gran proporción la esquina rica en Fe del diagrama de fases para el corte isotérmico analizado.