Tesis

Las aleaciones de base Zr tienen una importante aplicación en la industria nuclear. Entre ellas las denominadas Zircaloy (aleaciones de base Zr, con Sn y Fe como principales aleantes) y las de base Zr-Nb. Nuevos prototipos de reactores nucleares que funcionan a mayores temperaturas, presiones y en general exigencias superiores están siendo desarrollados y puestos en servicio en algunos casos. Ante este nuevo escenario se desarrollan nuevas aleaciones que, a mayores temperaturas y condiciones más severas, puedan mostrar las buenas propiedades mecánicas y de corrosión del Zircaloy y Zr-Nb en general. Es importante por esto alcanzar el conocimiento más completo posible de los diferentes sistemas metálicos binarios y ternarios componentes de los sistemas multialeados base Zr. Particularmente en relación a los posibles aleantes minoritarios (ej. Sn, Cr, Nb), la compresión de sus efectos termodinámicos podría conducir a la optimización de las propiedades.
El estudio de transformaciones de fase asociadas a procesos difusivos requiere de la adecuada compresión tanto de fenómenos termodinámicos como cinéticos del sistema.
El sistema Zr-Fe constituye una plataforma de estudio del comportamiento de diferentes elementos de un reactor de potencia que utilice, potencialmente, alguna de las aleaciones en actual desarrollo. La difusividad del Fe en el Zr puro y en las distintas fases de aleaciones de base Zr se ha revelado como extraordinariamente alta. En particular, la baja solubilidad en la fase alfa-Zr ha imposibilitado una medición confiable de sus velocidades de difusión tanto en el volumen como a lo largo de los bordes de grano. En el presente trabajo se estudia por una parte la difusión del Fe en volumen y por caminos rápidos en la fase alfa del Zr-HCP y por otra parte, como investigación complementaria, un aporte al diagrama de fases del mismo sistema evaluando la existencia de la fase Fe₂₃Zr₆. Se prioriza el aspecto difusivo preparando ocho pares de difusión Fe/Zr para lograr distintas cinéticas de difusión. Adicionalmente se diseñaron dos aleaciones binarias que luego fueron sometidas a tratamientos térmicos a fin de alcanzar un equilibrio de fases. Las muestras se caracterizaron por técnicas metalográficas, difracción de rayos X y mediciones LIBS. Se utilizaron los datos obtenidos experimentalmente para evaluar y modificar bases de datos termodinámicas y cinéticas utilizando el programa ThermoCalc y DICTRA, logrando comparar resultados numéricos y experimentales.