Красин В.П., Союстова С.И.
Интерес к изучению физико-химических свойств жидких сплавов литий-олово связан с перспективами их использования в обращенных к плазме внутрикамерных компонентах токамака. Основными преимуществами капиллярно-пористых систем с жидким металлом по сравнению с твёрдыми материалами являются их устойчивость к деградации свойств в условиях токамака и способность к самовосстановлению поверхности. В связи с тем, что жидкое олово является очень агрессивным металлом по отношению ко многим конструкционным материалам, продвижение жидких сплавов Li-Sn в значительной степени сдерживается отсутствием систематических исследований коррозионной стойкости конструкционных материалов при контакте с этими жидкими сплавами. Для расчетного определения температурных зависимостей растворимости металлов в жидком сплаве Sn-20% Li был использован метод термодинамического моделирования, который включал следующие этапы: (1) выбор моделей для энергий Гиббса жидкометаллических растворов и твердых растворов; (2) выбор и оценка исходных данных; (3) оптимизация параметров модели; (4) проведение расчетов и анализ результатов. Используя информацию об избыточных энергиях Гиббса смешения для жидкой фазы в форме полиноминального разложения Редлиха-Кистера для соответствующих бинарных систем, методом термодинамического моделирования рассчитаны температурные зависимости растворимости никеля, железа, хрома, молибдена и вольфрама в жидком сплаве Sn-20% Li.
1. Tabarés F.L., Oyarzabal E., Martin-Rojo A.B., Tafalla D., de Castro A., Soleto A. Reactor Plasma Facing Component Designs Based on Liquid Metal Concepts Supported in Porous Systems. Nuclear Fusion, 2017, vol. 57, no 1. doi:10.1088/0029-5515/57/1/016029.
2. Krasin V.P., Soyustova S.I. Quantitative Evaluation of Thermodynamic Parameters of Li-Sn Alloys Related to Their Use in Fusion Reactor. J. Nucl Mater., 2018, vol. 505, pp. 193.
3. Weeks J.R.Lead, Bismuth, Tin and Their Alloys as Nuclear Coolants. Nuclear Engineering and Design, 1971, vol. 15, pp. 363.
4. Fütterer M.A., Aiello G., Barbier F., Giancarli L., Poitevin Y., Sardain P., Szczepanski J., Puma A.L., Ruvutuso G., Vella G. On the Use of Tin-Lithium Alloys as Breeder Material for Blankets of Fusion Power Plants. J. Nucl. Mater., 2000, vol. 283-287, pp. 1375.
5. Vertkov A., Lyublinski I., Zharkov M., Mazzitelli G., Apicella M.L., Iafrati M. Liquid Tin Limiter for FTU Tokamak. Fusion Eng. Des., 2017, vol. 117, pp. 130.
6. Massalski T.B. Binary Alloy Phase Diagrams. Materials Park, Ohio, USA, ASM International, 1990, 3589 p.
7. Dinsdale A.T. SGTE Data for Pure Elements. Calphad, 1991, vol. 15, pp. 317.
8. Redlich E., Kister A. К.Algebraic Representation of Thermodynamic Properties and the Classification of Solutions. Industrial and Engineering Chemistry, 1948, vol. 40, pp. 345.
9. Lukas H., Fries S.G., Sundman B. Computational Thermodynamics. The Calphad Method. Cambridge, UK, Cambridge University Press, 2007. 324 p.
10. Kaufman L., Bernstein H. Computer Calculation of Phase Diagrams. New York: Academic Press Inc., 1970. 334 p.
11. Alpatov A.V., Paderin S.N. Models and Calculations of Liquid Metallic Solutions. Russian Metallurgy (Metally), 2009, vol. 2009, no. 5, pp. 386.
12. Morachevskii A.G. Thermodynamic Properties and Electrochemical Studies of Lithium–Tin Alloys. Russian Journal of Applied Chemistry, 2015, vol. 88, pp. 1087.
13. Leavenworth H.W., Cleary R.E. The Solubility of Ni, Cr, Fe, Ti, and Mo in Liquid Lithium. Acta Metall, 1961, vol. 9, pp. 519.
14. Heuzey M.C., Pelton A. Critical Evaluation and Optimization of the Thermodynamic Properties of Liquid Tin Solutions. Metall. Trans. B., 1996, vol. 27B, pp. 810.
15. Lyublinski I.E., Evtikhin V.A., Pankratov V.Yu., Krasin V.P. Numerical and Experimental Determination of Metallic Solubilities in Liquid Lithium, Lithium containing Nonmetallic Impurities, Lead and Lead-Lithium Eutectic. J. Nucl. Mater., 1995, vol. 224, no. 3, pp. 288.
16. Niessen A.K., de Boer F.R., Miedema A.R. Model Predictions for the Enthalpy of Formation of Transition Metal Alloys II. Calphad, 1983, vol. 7, no. 1, pp. 51.
17. Kawabata R., Myochin M., Iwase M. Solubilities of Molybdenum in Liquid Tin. Metall. Trans. B., 1995, vol. 26B, pp. 654.
18. Bale C.W., Pelton A.D.Optimization of Binary Thermodynamic and Phase Diagram Data. Metall. Trans. B., 1983, vol. 14B, pp. 77.
19. Brewer L., Lamoreaux R.H. The Mo-Sn (Molybdenum-Tin) System. Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 1980, vol. 1, no. 2, pp. 96.
20. Williams M.E., Moon K.W., Boettinger W.J., Josell D., Deal A.D. Hillock and Whisker Growth on Sn and SnCu Electrodepositson a Substrate Not Forming Interfacial Intermetallic Compounds. Journal of Electronic Materials, 2007, vol. 36, pp. 214.
21. Kubaschewski O. Iron-Binary Phase Diagrams. Berlin, Heidelberg GmbH, Springer-Verlag, 1982. 185 p.
22. Venkatraman M., Neumann J.P.The Cr-Sn (Chromium-Tin) System. Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 1988, vol. 9, pp. 161.
23. Pashechko M.I., Vasyliv Kh.B.Solubility of Metals in Fusible Melts. Materials Science, 1996, vol. 31, pp. 485.
24. O’Connell J.P., Prausnitz J.M.Thermodynamics of Gas Solubility in Mixed Solvents. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals, 1964, vol. 3, pp. 347.
25. Bichara C., Bergman C., Mathieu J. С. Monte Carlo Calculations of Thermodynamic Properties of Alloys in the Case of the Surrounded Atom Model. Acta Metall., 1985, vol. 33, pp. 91.
26. Krasin V.P., Soyustova S.I., Lyublinskii I.E.Coordination Cluster Model for Calculating Sievert's Constant of Hydrogen Solutions in Melts of the Pb-Bi-Li System. Inorganic Materials: Applied Research, 2010, vol. 1, pp. 324.
27. Островский О.И., Григорян В.А., Вишкарев А.Ф. Свойства металлических расплавов. М.: Металлургия, 1988. 304 с.
28. Kondo M., Ishii M., Muroga T. Corrosion of Steels in Molten Gallium (Ga), Tin (Sn) and Tin Lithium Alloy (Sn–20Li). Fusion Eng. Des., 2015, vol. 98–99, pp. 2003.
29. Shukla N.K., Prasad R., Roy K.N., Sood D.D.Thermochemistry of Lithium Chromate Li2CrO4(cr) and Lithium Molybdate Li2MoO4(cr). J. Chem. Thermodynamics, 1992, vol. 24, pp. 897.
30. Sharma S., Choudhary R.P.N.Phase Transition in Li2WO4. Ferroelectrics, 1999, vol. 234, pp. 129.
31. Borgstedt H.U., Guminski C. Solubilities and Solution Chemistry in Liquid Alkali Metals. Monatshefte für Chemie, 2000, vol. 131, pp. 917.
