При использовании математического подхода, предложенного ранее для оценки скорости растворения сферической частицы в неограниченной матрице, проведены расчеты кинетических параметров процесса взаимодействия расплава легкоплавкого металла А3 с двухфазной композицией, один из компонентов которой образует вместе с А3 диаграмму состояния с расслоением в жидком состоянии. Отмечено хорошее соответствие между результатами расчета и экспериментальными данными для системы Fe-Cu - расплав свинца.
Основные результаты диссертации
1. Разработана обобщенная координационно-кластерная модель для описания взаимодействий и расчета термодинамических характеристик раствора неметалла в расплаве из трех металлических компонентов. Установлена связь термодинамических характеристик компонентов с относительной концентрацией кластеров различного состава и свойствами растворителя.
2. Сформулирован метод оценки влияния небольших (менее 0,5 % ат.) добавок металлических компонентов на термодинамическую активность трития в жидком литии и расплавах системы литий-свинец. Установлено, что в диапазоне 400-800оС наиболее эффективной с точки зрения снижения термодинамической активности трития в жидком литии и расплаве Li17Pb83 является добавка иттрия. Показано, что небольшие (менее 0,5 % ат.) добавки лантана и иттрия в расплавы системы свинец-литий-тритий смещают концентрационную границу, разделяющую расплавы с отрицательными и положительными отклонениями от идеальности в область более высоких содержаний свинца. Установлено, что в присутствии иттрия в этом же направлении происходит изменение пороговой концентрации свинца, при которой реакция растворения трития в расплаве из экзотермической становится эндотермической.
3. Установлена корреляция между величинами параметров взаимодействия первого порядка в жидкой фазе атомов растворяющегося твердого металла с атомами неметалла и направлением преимущественного переноса массы в гетерогенной системе. Преимущественный перенос массы в статических изотермических условиях происходит от металла с наибольшим значением параметра взаимодействия к металлу, у которого абсолютное значение этого параметра меньше. Получены уравнения для расчета растворимости твердого металла в двухкомпонентном металлическом расплаве в присутствии неметаллической примеси. Показана применимость полученных уравнений для оценки совместимости металлических материалов с двухкомпонентными расплавами.
4. Разработан метод расчета равновесной концентрации неметаллического компонента керамического материала в бинарном металлическом расплаве, позволяющий определять области температур и составов жидкой фазы, где рассматриваемый материал и расплав совместимы друг с другом.
5. Разработана методика расчета поверхностного натяжения и состава поверхности бинарных металлических расплавов с использованием квазихимической модели растворов, позволяющая учесть существование ближнего упорядочения в объеме и на поверхности расплавов. Показано, что развитый в диссертации теоретический подход позволяет предсказывать возможные направления изменения формы изотерм поверхностного натяжения и зависимостей состава поверхности от состава расплава в системах с отрицательными отклонениями от идеальности.
Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:
1.
Иолтуховский
А.Г., Красин В.П., Люблинский И.Е. Исследование стойкости 12%-ых хромистых
сталей в расплавах натрий – литий // Материалы для атомной техники. М.: Энергоатомиздат,
1983. –
C.14-23.
2. Бескоровайный Н.М., Иолтуховский А.Г., Красин В.П. Исследование взаимодействия хромоникелевой стали с натрием, литием и натрием с добавкой 1% лития при 650 ºC // Материалы для атомной техники. - М.: Энергоатомиздат, 1983. – C.23-32
3. Бескоровайный Н.М., Красин В.П., Кириллов В.Б. Применение квазихимической модели для расчета параметров коррозионных процессов в натрии, содержащем примесь кислорода // Физико-химическая механика материалов. – 1984. - Т. 20. - № 5. - С. 26-30.
4.
Бескоровайный
Н.М., Красин В.П., Кириллов В.Б. Изучение состояния примесей железа и кислорода
в жидком натрии методом электропереноса // Физико-химическая механика материалов.
– 1985. -
Т. 21. - № 1. - С. 112-114.
5. Красин В.П., Иолтуховский А.Г., Люблинский И.Е. Исследование влияния литиевого геттера на коррозионные процессы в жидком натрии // Металлы и сплавы атомной техники. - М.: Энергоатомиздат, 1985. – С. 9-15.
6. Бескоровайный Н.М., Красин В.П., Кириллов В.Б. Исследование электропереноса примесей кислорода и железа в жидком натрии // Металлы и сплавы для атомной техники. - М.: Энергоатомиздат, 1985. – С. 22-30.
7. Бескоровайный Н.М., Красин В.П. Применение координационно–кластерной модели для расчета параметров коррозионных процессов в натрии, содержащем примесь кислорода // Металлы и сплавы для атомной техники. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С. 30-35.
8.
Калин Б.
А., Люблинский И.Е., Красин В.П. Требования к фазовому составу хромоникелевой
аустенитной стали как материалу первой стенки и бланкета ТЯР с литием в
качестве теплоносителя и размножителя трития // Физика и химия обработки
материалов. – 1987. -
№ 1. – С. 107-110.
9. Красин В.П., Бескоровайный Н.М., Люблинский И.Е. Термодинамическая модель для прогнозирования коррозионной стойкости конструкционных материалов в жидких литии и натрии, содержащих неметаллические примеси // Физика и химия обработки материалов. – 1987. - № 1. – С. 45-48.
10. Кириллов В.Б., Красин В.П., Люблинский И.Е. Влияние примесей азота и кислорода в расплавах лития и натрия на растворимость и массоперенос металлов // Журн. физ. химии. – 1988. - Т. 62. - № 12. – С. 3191-3195.
11. Красин В.П., Люблинский И.Е., Митин Ю.В. Расчет растворимости конструкционных материалов в многокомпонентных металлических расплавах // Журн. физ. химии. – 1990. - Т. 64. - № 5. – С. 1237-1242.
12. Красин В.П., Митин Ю.В., Кириллов В.Б. Прогнозирование направления изотермического массопереноса в металлических расплавах с помощью параметров взаимодействия // Журн. физ. химии. – 1990. - Т. 64. - № 10. – С. 2772-2776.
13.
Евтихин
В.А., Косухин А.Я., Красин В.П. Влияние водорода на растворимость
конструкционных материалов бланкета термоядерного реактора в литии // Атомная
энергия. – 1990. - Т.69. - Вып. 4. –
С. 238-239.
14. Красин В.П. Применение статистической модели с двумя подрешетками для анализа взаимодействий в расплавах Na-O-H // Журн. физ. химии. – 1992. - Т. 66. - № 2. – С. 449-453.
15. Евтихин В.А., Люблинский И.Е., Красин В.П. Оценка совместимости SiC c эвтектикой Li17Pb83 при высоких температурах // Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов: Тез. докл. Второй международн. конф., СПб, ЦНИИ КМ “Прометей”. 1992. - С.150.
16. Красин В.П. Использование различных моделей растворов для расчета свойств поверхности бинарных металлических расплавов // Журн. физ. химии. – 1993. - Т. 67. - № 6. – С. 1205-1209.
17.
Красин
В.П., Блащук Ю.Н. Влияние дисперсности частиц на критическую температуру расслоения
в системах из несмешивающихся компонентов // Журн. физ. химии. – 1993. - Т. 67.
- № 11. –
С. 2149-2152.
18. Красин В.П., Блащук Т.П., Блащук Ю.Н. Использование теоретических оценок при анализе кинетики процесса контактного легирования // Сборник научных трудов сотрудников института. - М.: МАСИ (ВТУЗ-ЗИЛ), 1995. – С. 11-15.
19. Красин В.П., Блащук Т.П., Блащук Ю.Н. Диффузионная кинетика двухфазного взаимодействия сплава железо-медь с расплавом свинца // Журн. физ. химии. – 1995. - Т. 69. - № 5. – С. 797-801.
20. Krasin V.P. Application of Solution Models for the Prediction of Corrosion Phenomena in Liquid Metals // Liquid Metal Systems – Material Behavior and Physical Chemistry in Liquid Metal Systems-II / Edited by H.U. Borgstedt and G. Frees. - N.Y.: Plenum Press, 1995. - P.305-309.
21. Lyublinski I.E., Evtikhin V.A., Krasin V.P. Numerical and Experimental Determination of Metallic Solubilities in Liquid Lithium, Lithium-containing Nonmetallic Impurities, Lead and Lead-Lithium Eutectic // Journal of Nuclear Materials. - 1995. - V.224. - № 3. - P. 288-292.
22. Lyublinski I.E., Evtikhin V.A., Krasin V.P. The Effect of Solutes on Thermodynamic Activity of Tritium in Liquid Lithium Blanket of Fusion Reactor // Fusion Technology. – 1995. - V.28. - № 3. – P. 1223-1226.
23. Lyublinski I.E. Evtikhin V.A. Krasin V.P. Electrical Insulating Coatings for Blanket and Divertor Lithium-Vanadium Liquid Metal Systems // Program and Collected Abstracts “Eighth International Conference on Fusion Reactor Materials”. Sendai, Japan. – 1997. – P. 301.
24. Krasin V.P., Lyublinski I.E. Influence of the Fourth Component on Tritium Behaviour in Li-Pb Melts // Fusion Science and Technology. – 2002. - V.41. -№ 3. – P. 382-385.
25. Красин В.П. Применение статистических моделей металлических растворов замещения и внедрения для расчета растворимости компонентов конструкционных материалов в многокомпонентных металлических расплавах // Техника, технология и перспективные материалы: Сборник статей научно-практической INTERNET-конференции. – М. МГИУ, 2002. – С. 121-127.
26. Красин В.П. Расчет равновесной концентрации компонентов керамических покрытий в двухкомпонентных расплавах литий-свинец с использованием координационно-кластерной модели // Журн. физ. химии. – 2003. - Т. 77. - № 1. – С. 127-130.
27. Красин В.П. Влияние малых добавок лантана на термодинамические характеристики трития в расплавах системы Li – Pb // Журн. физ. химии. – 2003. - Т. 77. - № 6. – С. 1014-1017.
[1] Такой подход, допустим, если не ставить целью изучение динамических свойств расплавов (диффузия и другие явления переноса).
[2] Для кластеров разумная оценка времени усреднения лежит в диапазоне 10-13 с < t < 10-11 с .
[3] Под характером
взаимодействия следует понимать степень отклонения от закона
Рауля
(отрицательные или положительные).
[4] На характеристики массопереноса также оказывает влияние способность компонентов образовывать друг с другом твердые растворы. Уравнения, описывающие изменение массы единицы поверхности твердых металлов, содержат коэффициенты диффузии компонентов в каждом из твердых растворов.
[5] Здесь рассматривается система, в которой приняты следующие обозначения: А1 и А2 – компоненты бинарного металлического расплава; А3 – контактирующий с расплавом твердый металл; А4 - неметаллический компонент, присутствующий в расплаве А1-А2 в качестве примеси.
