Brasil

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
PROCESSAMENTO DE PÓS DE ZIRCALOY POR HIDRETAÇÃO E DESIDRETAÇÃO E MICROESTRUTURAS DE LIGAS DE URÂNIO-MOLIBDÊNIO
IVALDETE DA SILVA DUPIM
TESE
11/02/2015

Combustíveis nucleares baseados em materiais compósitos obtidos pela dispersão de ligas de urânio em matrizes metálicas são alternativas interessantes para o avanço da tecnologia de geração nucleoelétrica. Ligas de U-Mo têm grande potencial para serem utilizadas como elemento combustível nos combustíveis tipo placa e as ligas de zircônio, como o zircaloy-4, como material de matriz e revestimento. A fase γ do urânio é isotrópica e garante estabilidade mecânica e térmica ao urânio em diferentes condições de operação, mas essa fase apenas é estável em altas temperaturas. A adição de molibdênio tem se mostrado eficiente na estabilização dessa fase em baixa temperatura e o zircaloy-4 possui características interessantes para a indústria nuclear, tais como alto ponto de fusão, alta condutividade térmica e baixa seção de choque de absorção de nêutrons. No presente trabalho, foram estudadas rotas para a obtenção de pós de Zircaloy-4, sendo esta uma etapa muito importante para a fabricação de compósitos de combustível nuclear tipo placa. Estudou-se também síntese de ligas de U-Mo, com estruturas γ por rotas de fusão, sendo investigadas as composições U-7%Mo, U-8,5%Mo e U-10%Mo. Essas ligas foram fundidas em um forno a arco e de indução e tratadas termicamente para a estabilização da fase γ. Os resultados obtidos mostraram que independente do processo de fusão e da composição das ligas, é necessário um tratamento térmico para a dissolução das dendrítas e homogeneização das ligas. O tratamento térmico seguido de têmpera se mostrou eficiente para a estabilização completa da fase γ para as ligas com adição de apenas 7% em peso de molibdênio. Por outro lado, o tratamento térmico seguido de resfriamento lento conseguiu estabilizar a fase γ apenas nas ligas com 10% em peso de molibdênio. As ligas com 7% e 8,5% de Mo que sofreram um resfriamento lento apresentavam uma fração de fase α. Quanto à obtenção de pós de zircaloy, esta pode ser realizada através da técnica de hidretação, cominuição e desidretação. A cinética de absorção e desorção de hidrogênio apresentou melhores resultados nas amostras laminadas a frio antes do processo de hidretação. O tempo de absorção de hidrogênio das amostras como recebida (770 segundos) e após (18 segundos) diminuiu 96,75% quando hidretadas a 450 °C e 1000kP de H2. A temperatura de desorção do hidrogênio das amostras hidretadas passou de 1000 °C para as amostras como recebida para 850 °C para as amostras após 25 passes. Além disso, o processo de moagem de alta energia também se mostrou eficaz para a produção de pós de hidreto. Os resultados e discussões contidos nesta tese são importantes para demonstrar a viabilidade de diversas rotas de obtenção de materiais metálicos utilizados na produção de combustíveis nucleares tipo placa.

zircaloy, hidretação-desidretação, U-Mo
Nuclear fuels based on composite materials obtained by dispersion of uranium alloys in metal matrices are interesting alternatives to the improvement of the nuclear energy generation technology. U-Mo alloys have great potential to be used as fuel element in dispersion fuels and zirconium alloys, such as zircaloy-4, as coating and matrix material. The γ-U phase is isotropic and provides mechanical and thermal stability to the uranium in different operating conditions, but it is only stable at high temperatures. The addition of molybdenum has been considered effective for the stabilization of this phase at low temperatures while the zircaloy-4 has interesting features for the nuclear industry, such as high melting point, high thermal conductivity and low neutron absorption cross section. In this present work several routes for obtaining zircaloy-4 powder were investigated, which is a very important step for the production of plate type nuclear fuels. It was also studied the synthesis of U-Mo alloys by melting techniques. The investigated alloys have the following compositions: U-7% Mo, U-8,5% Mo and U-10% Mo. These alloys were prepared by arc and induction melting followed by heat treatments aiming to stabilize the γ phase. The results showed that regardless the melting process and alloy composition, annealing at high temperature is required for the dissolution of dendrites and homogenization of the alloy. The complete stabilization of the γ phase was achieved to the alloy with 7% Mo heat treated by annealing and quenching. The alloys with 7% and 8,5% Mo subject to slow cooling after the annealing showed of the presence of α phase into their microstructures. On the obtaining of zircaloy powder, it could be accomplished by hydriding, comminution and dehydriding techniques. Hydriding kinetics of zircaloy was faster for cold rolled samples. Cold rolling was also effective for reducing the temperature of hydride decomposition. Moreover, the high-energy ball milling process also proved effectiveness for the production of powder hydride. The results and discussions of this thesis are important to shed some light on the feasibility of the investigated processing routes for producing the metallic materials necessary to the fabrication of plate type nuclear fuels.
zircaloy, hydration-dehydration, U-Mo
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
MATERIAIS FUNCIONAIS
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Banca Examinadora

SYDNEY FERREIRA SANTOS
Sim
Nome Categoria
HUMBERTO NAOYUKI YOSHIMURA Docente
TOMAZ TOSHIMI ISHIKAWA Participante Externo
IZABEL FERNANDA MACHADO Participante Externo
JOAO MANOEL LOSADA MOREIRA Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 4
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Bolsa de Doutorado no País GD 46
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 5

Vínculo

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Não