Новости

Подобные материалы обладают способностью «самозалечиваться» при работе в экстремальных условиях и могут быть перспективны для элементов термоядерных реакторов. Установлено, что функционально-градиентный материал (ФГМ) на основе ниобия и циркония сохраняет целостность структуры при облучении, а также эффективно ограничивает накопление дефектов.

 

Многослойные или наноламинатные покрытия широко исследуются для применения в ядерной промышленности, так как они обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью и устойчивостью к радиационному воздействию. Особенно перспективны подобные конструкционные материалы для создания термоядерных энергетических систем. Однако эксплуатационные характеристики существующих наноламинатных покрытий остаются недостаточными.

 

Ранее политехники предложили новую архитектуру многослойного покрытия – функционально-градиентный материал (ФГМ) на основе ниобия и циркония. Этот материал состоит из чередующихся слоев с пространственно изменяющимся составом и толщиной, образующих постепенный переход между химически и структурно различными составляющими. Проведенные in situ исследования продемонстрировали, что новый материал при нагреве до 900 °C показал себя устойчивым к термическому воздействию, а также, благодаря обратимым фазовым трансформациям, способен выдерживать экстремальные циклы нагрева и охлаждения без существенной деградации.

 

«В новой работе было установлено, что образцы ФГМ сохраняют свою слоистую структуру при облучении протонами и ионами гелия без признаков аморфизации (превращения твердого вещества из упорядоченного состояния в неупорядоченное – ред.) или фазовых превращений», – говорит один из соавторов статьи, профессор отделения экспериментальной физики ТПУ Роман Лаптев.

 

Исследователи получили образцы ФГМ, состоящие из четырех функциональных слоев: внешнего слоя ниобия, наноразмерного многослойного покрытия, состоящего из чередующихся слоев циркония и ниобия, адгезионного промежуточного слоя циркония и подложки из сплава циркония и ниобия толщиной. Полученные образцы облучили протонами и ионами гелия на электростатических ускорителях. Затем, используя разные методы, ученые проанализировали микроструктурный отклик и дефектное поведение ФГМ.

 

«Установлено, что наноламинатные покрытия на основе ниобия и циркония эффективно ограничивают накопление дефектов и сохраняют структурную целостность при ионном облучении. Накопление дефектов и механическая модификация в образцах ограничены тонкой внешней областью. Ее радиационная чувствительность определяется внутренними искажениями решетки, вызванными межфазным взаимодействием, и эффективным размещением дефектов на границах гетерофаз. Полученные результаты обеспечивают физически обоснованную основу для проектирования градиентных наноламинатов, предназначенных для использования в экстремальных радиационных условиях, актуальных для систем термоядерной энергетики», – отмечает ассистент отделения экспериментальной физики ТПУ Антон Ломыгин.

 

В исследовании принимали участие сотрудники отделения экспериментальной физики и исследовательского ядерного реактора Инженерной школы ядерных технологий ТПУ, отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ и Объединенного института ядерных исследований.

 

Источник: пресс-служба Томского политехнического университета

Читайте также:

Тэги: атомная энергетика технологии