1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 10, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 10, стр. 27-35

Плазменное напыление силицидных покрытий для защиты сплавов циркония от окисления

И. Б. Гнесин a, *, Д. В. Прохоров a, Н. И. Гнесина a, А. Н. Некрасов b, Б. А. Гнесин a, В. И. Внуков a, М. И. Карпов a, И. С. Желтякова a, Т. С. Строганова a

a Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН
142432 Черноголовка, Россия

b Институт экспериментальной минералогии РАН
142432 Черноголовка, Россия

* E-mail: ibgnesin@issp.ac.ru

Поступила в редакцию 24.02.2023
После доработки 30.04.2023
Принята к публикации 30.04.2023

Аннотация

Работа посвящена экспериментальному исследованию возможностей нанесения на сплав на основе циркония (Э110) защитного силицидного покрытия методом атмосферного плазменного напыления. Покрытия на основе двойной эвтектики Mo5Si3 + MoSi2 наносили на поверхность листов сплава Э110. Исследованы особенности структуры и фазового состава покрытий после нанесения, их эволюция в результате изотермических отжигов при температуре 1300°C. Установлено, что при быстром охлаждении частиц силицидов в процессе нанесения покрытия формируются неравновесные фазы. В результате отжига фазовый состав изменяется на соответствующий диаграмме состояния. Исследована кинетика диффузионного взаимодействия покрытия и материала-основы. Впервые продемонстрирована возможность успешной защиты сплава циркония от окисления при 1100°C на воздухе с помощью всестороннего нанесения покрытия из силицидов молибдена. Минимальный радиус кривизны поверхности защищаемых образцов составил около 1 мм.

Ключевые слова: защитные покрытия, силициды молибдена, защита от окисления, термогравиметрия, цирконий, пароциркониевая реакция, толерантное топливо, фазовый состав, микроструктура, растровая электронная микроскопия.

Список литературы

  1. Разработка, производство эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Кн. 1. / Ред. Решетников Ф.Г. М.: Энергоатомиздат, 1995. 320 с.

  2. The Fukushima Daiichi Accident. Vienna. IAEA, 2015. 1254 p.

  3. Corey G.R // IAEA Bull. 1979. V. 21. № 5. P. 54.

  4. Accident Tolerant Fuel Concepts for Light Water Reactors. Vienna. IAEA-TECDOC-1797, 2016. 384 p.

  5. Maier B., Yeom H., Johnson G., Dabney T., Walters J., Romero J., Shah H., Xu P., Sridharan K. // JOM. 2018. V. 70. P. 198. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2643-9

  6. Gigax J.G., Kennas M., Kim H., Maier B.R., Yeom H., Johnson G.O., Sridharan K., Shao L. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 519. P. 57. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.03.004

  7. Dabney T., Johnson G., Yeom H., Maier B., Walters J., Sridharan K. // Nucl. Mater. Energy. 2019. V. 21. 100715. https://doi.org/10.1016/j.nme.2019.100715

  8. Maier B.R., Garcia-Diaz B.L., Hauch B., Olson L.C., Sindelar R.L., Sridharan K. // J. Nucl. Mater. 2015. V. 466. P. 712. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.06.028

  9. Yeom H., Hauch B., Cao G., Garcia-Diaz B., Martinez-Rodriguez M., Colon-Mercado H., Olson L., Sridharan K. // Thin Solid Films. 2016. V. 615. P. 202. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.07.024

  10. Imtyazuddin M., Mir A.H., Tunes M.A., Vishnyakov V.M. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 526. 151742. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.151742

  11. Kim M., Noh H., Lee G.C., Yeom H., Kim T.K., Kim J.M., Kim T.H., Jo H., Park H.S., Sridharan K., Kim M.H. // Appl. Thermal Engin. 2022. V. 207. P. 118164. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118164

  12. Yang J., Steinbrück M., Tang C., Große M., Liu J., Zhang J., Yun D., Wang S. // J. Alloys Compd. 2022. V. 895. P. 162450. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162450

  13. Wang W., Zhang G., Wang C., Wang T., Zhang Y., Xin T. // J. Alloys Compd. 2023. V. 946. P. 169385. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169385

  14. Fazi A., Sattari M., Stiller K., Andrén H.-O., Thuvander M. // J. Nucl. Mater. 2023. V. 576. P. 154268. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2023.154268

  15. Kane K., Bell S., Capps N., Garrison B., Shapovalov K., Jacobsen G., Deck C., Graening T., Koyanagi T., Massey C. // J. Nucl. Mater. 2023. V. 574. P. 154152. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.154152

  16. Syrtanov M., Kashkarov E., Abdulmenova A., Gusev K., Sidelev D. // Coatings. 2023. V. 13. № 1. P. 191. https://doi.org/10.3390/coatings13010191

  17. Yang J., Steinbrück M., Tang C., Große M., Liu J., Zhang J., Yun D., Wang S. // J. Alloys Compd. 2022. V. 895. P. 162450. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162450

  18. Yang J., Stegmaier U., Tang C., Steinbrück M., Große M., Wang S., Seifert H.J. // J. Nucl. Mater. 2021. V. 547. P. 152806. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.152806

  19. Sidelev D.V., Poltronieri C., Bestetti M., Krinitcyn M.G., Grudinin V.A., Kashkarov E.B. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 433. P. 128134. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128134

  20. Nelson A.T., Sooby E.S., Kim Y.-J., Cheng B., Maloy S.A. // J. Nucl. Mater. 2014. V. 448. Iss. 1–3. P. 441. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.10.043

  21. Sooby Wood E., Parker S.S., Nelson A.T., Maloy S.A. // J. Am. Ceram. Soc. 2016. V. 99. P. 1412. https://doi.org/10.1111/jace.14120

  22. Гнесин И.Б., Гнесин Б.А., Некрасов А.Н., Прохоров Д.В., Гнесина Н.И., Карпов М.И., Желтякова И.С. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2022. № 1. С. 63. https://doi.org/10.31857/S1028096022010058

  23. Gnesin I.B., Gnesin B.A., Nekrasov A.N., Prokhorov D.V., Gnesina N.I., Karpov M.I., Vershinin N.F., Kuznetsov S.V., Vnukov V.I., Zheltyakova I.S. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2023. V. 17. № 1. P. 281. https://doi.org/10.1134/S1027451023010445

  24. Sen Y., Mingrun W., Tao G., Wenjin L. // Key Engin. Mater. 2008. V. 373–374. P. 304.

  25. Minasyan T., Ivanov R., Toyserkani E., Hussainova I. // J. Alloys Compd. 2021. V. 884. P. 161034. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161034

  26. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sytchenko A.D., Sviridova T.A., Sidorenko D.A., Andreev N.V., Klechkovskaya V.V., Polčak J., Levashov E.A. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 442. P. 128141. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128141

  27. Nomura N., Suzuki T., Yoshimi K., Hanada S. // Intermetallics. 2003. V. 11. Iss. 7. P. 735. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(03)00069-4

  28. Fei X., Niu Y., Ji H., Huang L., Zheng X. // Ceram. Int. 2011. V. 37. Iss. 3. P. 813. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.10.018

  29. Sun J., Fu Q.-G., Li T., Zhang G.-P., Yuan R.-M. // J. Alloys Compd. 2019. V. 776. P. 712. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.309

  30. Gnesin I., Gnesin B., Nekrasov A. // J. Alloys Compd. 2018. V. 767. P. 803. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.193

  31. Sakidja R., Park J.S., Hamann J., Perepezko J.H. // Scripta Materialia. 2005. V. 53. Iss. 6. P. 723. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.05.015

  32. Гнесина Н.И., Гнесин И.Б., Прохоров Д.В., Гнесин Б.А., Карпов М.И., Внуков В.И., Желтякова И.С., Строганова Т.С. // Сб. тр. 12-й Междунар. конф. “Фазовые превращения и прочность кристаллов”. Черноголовка, 24–27 октября 2022. С. 32.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал