Síntese e Caracterização de Novos Revestimentos para Reatores Nucleares

Abstract

A constante evolução dos sistemas de produção de energia, devido ao aumento exponencial do consumo mundial e também à necessidade de que a emissão de gases poluentes durante a sua produção de energia seja mínima; leva a que, para além do foco no desenvolvimento de energias renováveis, estejam também a ser desenvolvidos novos modelos de reatores nucleares, mais eficientes e mais seguros. No entanto, como em tudo na ciência, aparecem sempre adversidades durante o desenvolvimento de sistemas inovadores. Neste caso, um dos seus maiores entraves é a necessidade de encontrar novos materiais com um alto desempenho para poderem ser utilizados nos componentes dos novos reatores nucleares, que funcionarão a temperaturas consideravelmente mais elevadas.Com a descoberta das ligas de alta entropia, no início do milénio, que apresentam melhores propriedades comparativamente às ligas tradicionais e que, por isso, têm vindo a ser sugeridas para diversas aplicações; apresentam potencialidade de ser usadas nos novos modelos de reatores nucleares.Assim, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento e caracterização de uma liga base de TiZrNb com a adição de vanádio. Esta liga por definição não constituí uma liga de alta entropia, já que é constituída só por 4 elementos, no entanto, servirá de liga base para uma futura liga mais complexa e mais completa.É possível observar que o aumento do teor de vanádio leva a uma amorfização e compactação dos revestimentos. Além disso melhora a adesão dos revestimentos aos substratos. A dureza e o módulo de Young aumentaram com a primeira adição de V e depois diminuem devido à amorfização dos revestimentos. O tratamento térmico realizado aos revestimentos aumentou as suas durezas devido ao aumento de cristalinidade.

The relentless evolution of energy production systems, due to the exponential increase in global consumption and the need for minimizing the emission of polluting gases during energy production, leads to the development of not only renewable energy sources, but also new models of nuclear reactors that are more efficient and safer. However, as everything in science, adversities always arise during the development of innovative systems. In this case, one of the major obstacles is the need of finding new materials with high performance to be used in the components of the new nuclear reactors, which will operate at considerably higher temperatures.With the discovery of high entropy alloys in the last years, which have shown to have better properties than the traditional alloys, and which have been suggested for various applications, they have potential to be used in the new models of nuclear reactors.Thus, the objective of this thesis is the development and characterization of a TiZrNb-based alloy with the addition of vanadium. This alloy, by definition, does not constitute a high-entropy alloy since it is composed of only 4 elements. However, it will serve as a base system for the development of a further high entropy alloy.In this thesis it can was observed that the increase in vanadium content leads to the amorphization and densification of the coatings. Additionally, it improves the adhesion of the coatings to the substrates. Hardness and Young's modulus increase with the initial addition of V and then decrease due to the amorphization of the coatings. The thermal treatment applied to the coatings increases their hardness due to the increase of crystallinity.