Машиностроение. Металлургия Әож 669. 779. 052: 553. 322 МҰхтар а. А

Малые кластеры образуются в окрестности радиационных точечных дефектов и состоят из собственных атомов, однако могут иметь кристаллографическую симметрию, отличающуюся от матрицы. Эти кластеры армируют матрицу и, как следствие, формируется кластерный композит. Формирование нанокластерной морфологии сопровождается существенными изменениями формы рентгендифракционных линий, что может служить тестовым признаком появления кластерного композита и методически удобным способом регистрации области его существования на шкале радиационных параметров.

Наиболее характерным признаком радиационно-индуцированных структур является нанокластерная морфология.

Данные просвечивающей электронной микроскопии показывают, что материал в радиационно-пов­реждённом слое содержит кластеры размером несколько нанометров, занимающие значительную (порядка 40 %) часть объема. Кластеры состоят из собственных атомов матрицы, но обладают отличной от матрицы симметрией. Таким образом, в приповерхностных слоях облученных материалов формируется кластерный композит. Это приводит к существенному изменению свойств материала, относящихся как к ионной, так и к электронной подсистемам металла.

Сплав системы Fe-Cr-Ni представляет собой сталь аустенитного класса Fe 18Cr 10Ni Ti с ГЦК-решеткой. Высокая коррозионная стойкость, немагнитность, вязкость в условиях криогенных температур, технологичность при изготовлении деталей, хорошие механические свойства обусловливают широкое применение аустенитных сталей системы Fe-Cr-Ni. Такие стали также находят широкое применение для конструкций и деталей, работающих в радиационном поле – в ядерной и термоядерной технике.

Сплав системы Fe-Cr представляет собой сталь ферритно-мартенситного класса Fe-12Cr-Si-Mo-W-V-Nb-B с ОЦК-решеткой. Сплавы системы Fe-Cr имеют широкое распространение в технике: при обработке материалов давлением, изготовлении медицинских инструментов, в автомобильной промышленности и многих других областях. Значительный интерес в настоящее время проявляется к данным сплавам в ядерной технике, поскольку они обладают рядом преимуществ по сравнению с широко применяемыми аустенитными сталями (отсутствие вакансионного распухания, что чрезвычайно важно для техники реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных реакторов).

Для сплавов Fe-Cr важнейшей особенностью является их склонность к упрочнению и охрупчиванию. В значительной степени эти их свойства связаны с фазовыми переходами, присущими данной системе. В этих сплавах в некотором диапазоне радиационных параметров наблюдаются специфические дифракционные изменения.

В отличие от Fe-Cr-Ni сплавов с ГЦК-структурой здесь не наблюдается четкого расщепления линий, рентгеновский пик только изменяет свою форму, она становится треугольной, в результате суперпозиции плавного максимума диффузного фона и селективной рентгеновской линии. Одновременно до очень больших значений увеличивается микротвердость (более 10 ГПа). Такие высокие значения микротвердости нельзя приписать упрочнению за счет какого-либо дислокационного механизма, и связаны они с изменением состояния электронной подсистемы.

Сплавы системы Ni-Cr имеют ГЦК-решетку на основе решетки никеля и представляют собой твёрдый раствор замещения хрома в никеле. Сплавы системы Ni-Cr являются основой многочисленных материалов, широко используемых в промышленности благодаря своим коррозионным и физико-механическим свойствам. В некотором концентрационном интервале они также весьма перспективны для работы в радиационном поле. Известно, что дислокационная структура, дисперсные выделения частиц и предвыделения влияют на рекомбинацию и гибель на стоках точечных дефектов и изменяют темп накопления радиационных повреждений. При этом улучшается пластичность и снижается степень низкотемпературного радиационного охрупчивания (НТРО).

На степень радиационного охрупчивания сплавов системы Ni-Cr-Mo влияет как накопление комплексов точечных дефектов, так и фазовая нестабильность этих сплавов. Учитывая склонность сплавов Ni-Cr к упорядочению и эффект возникновения упругих искажений в матрице вокруг зародыша, имеется влияние искажений на уменьшение радиационного повреждения сплавов системы Ni-Cr-Mo.

Сплавы Гейслера – это тройные интерметаллические соединения со стехиометрическим соотношением X2YZ, где X и Y могут быть переходными элементами, а Z – это sp-элемент. Эти сплавы являются весьма перспективными для применения в современных микроэлектромеханических устройствах, так как обладают несколькими типами мартенситных фазовых переходов. Уникальность этих сплавов состоит также в том, что мартенситный переход может быть осуществлён не только при помощи температурного воздействия, но и в результате приложения внешнего магнитного поля.

В узкой области радиационных параметров наблюдаются существенные дифракционные изменения (раздвоение дифракционных линий), что является признаком формирования кластерного композита. Характерные изменения дифракционных линий показаны на рисунке 1.

Как показывают эксперименты, наблюдаемые дифракционные эффекты сопровождаются сильным изменением свойств материала. В облученных сплавах наблюдается увеличение микротвердости в 2-3 раза в сравнении с исходными образцами, причем упрочнение коррелирует с дифракционными изменениями (рисунок 2). При исследовании микроструктуры облученных образцов сплава обнаруживаются эффекты, характерные для радиационно-индуцированного неравновесного состояния (модулированные структуры – рисунок 3). Характер наблюдаемых модулированных структур меняется в зависимости от кристаллографической ориентировки материала. Период модулированной структуры различен в разных зернах и находится в диапазоне 0,5-5 мкм.

Радиационно-индуцированные изменения формы рентгеновских линий и упрочнение уменьшаются и исчезают в процессе пострадиационных отжигов. Это характерно для всех сплавов системы Ni-Cr в концентрационном интервале 37 % Cr – 42 % Cr.

В облученных сплавах наблюдается эффект дальнодействия: измерения микротвёрдости поперечного сечения облученного образца выявили распространение радиационно-индуцированного упрочнения на глубину до 15 мкм от облученной поверхности, в то время как глубина проективного пробега при этих условиях облучения равна 13-14 нм.

Рисунок 1а – Дифрактограмма сплава Ni-39Cr,

Рисунок 1б – Дифрактограмма сплава Ni-39Cr,

Рисунок 2 – Зависимость микротвердости образцов с содержанием хрома 39 % от температуры облучения

Рисунок 3а – Исходная поверхность сплава Ni-39Cr. Увеличение Х 1000

Рисунок 3б – Поверхность сплава Ni-39Cr после облучения. Увеличение Х 1000

области радиационных параметров. Характерной особенностью данного состояния является нанокластерная морфология. Его возникновению сопутствует существенное изменение картины рентгеновской дифракции, механических и электрофизических свойств материала.

В окрестности радиационных точечных дефектов происходит локальная перестройка кристаллической решетки с образованием кластера, состоящего из собственных атомов и имеющего другую кристаллическую симметрию.

Кластеры армируют матрицу, при этом возникает кластерный композит, что является причиной наблюдаемых изменений свойств материала. Такая модель радиационно-индуцированных структурных изменений получила подтверждение для различных металлических материалов. Образование кластерного композита является универсальным явлением для систем с различной симметрией кристаллической решетки – сплавов Ni-Cr, Fe-Cr-Ni, обладающих ГЦК-решеткой, ОЦК сплава Fe-Cr и интерметаллидных фаз Гейслера со сложной элементарной ячейкой.

1. В сплавах Ni-Cr при облучении ионами Ar+ с энергией 40 кэВ возникает кластерный композит, идентифицируемый по расщеплению дифракционных рентгеновских максимумов на угол, соответствующий изменению периода решетки на 0,02 и приводящий к увеличению микротвердости до значений, превышающих 10 ГПа.

2. При облучении ионами аргона с энергией 40 кэВ сплавов Гейслера Cu2MnAl и Ni2MnGa образуется кластерный композит, идентифицируемый по рентгеновским дифракционным эффектам. Состояние радиационно-индуцируемого кластерного композита характеризуется увеличением намагниченности в несколько раз.

3. Радиационно-индуцированные кластерные состояния возникают при достижении значений стационарных концентраций радиационных дефектов для сплавов Fe-Cr-Ni и Fe-Cr, соответствующих расстоянию между дефектами 9-10 нм – характерному масштабу нанокластерной структуры.

УДК 553.32:622.775
НАГУМАН П.Н.	Извлечение марганца из сырья с применением комбинированного серо-графитового электрода

жүктеу/скачать 5.16 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: