Эволюция нанотвердости и микроструктуры нитридного покрытия под облучением
Исследователи из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук получили новые результаты по изменению нанотвердости и микроструктуры наноструктурированного покрытия из нитрида титана-алюминия (TiAlN) под действием облучения. Результаты были опубликованы в журнале Surface & Coatings Technology.
Рис. 1. Значения нанотвердости покрытий TiAlN до и после облучения. Кредит: ТАЙ Пэнфэй
Покрытия из нитридов переходных металлов , особенно покрытия из нитрида титана (TiN), обладают высокой твердостью, химической инертностью, отличной износостойкостью и коррозионной стойкостью. Эти свойства позволяют им служить превосходными защитными покрытиями на материалах конструкции ядерных реакторов. Однако экстремальная радиационная среда в ядерных реакторах может изменить их свойства и ухудшить их работу. Таким образом, необходимо проводить исследования радиационной реакции материалов покрытий.
Исследователи IMP изучили радиационно-индуцированные изменения свойств материалов покрытий на основе TiN. Они выбрали TiAlN в качестве материала модели изоструктуры для исследования эволюции нанотвердости и микроструктуры, вызванной облучением, а также взаимосвязи между ними.
В эксперименте покрытия наносили на подложку WFeNi методом электродугового ионного осаждения, а средний размер зерен нанесенных покрытий составлял около 10 нм. Эксперименты по облучению полученных покрытий TiAlN ионами нитрида (N) проводились на многопрофильной исследовательской платформе 320 кВ с различными температурами и плотностью энергии.
Рис. 2. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения образцов покрытия после осаждения (а), RT-2E16 (b), RT-4E16 (c), 300 oC-4E16 (d), 500 oC-4E16 (e). Кредит: ТАЙ Пэнфэй
По словам исследователей, в каждом из облученных образцов не наблюдается аморфизация или фазовое превращение даже при уровне повреждения 10 сна при комнатной температуре и более высоких температурах, что указывает на то, что приготовленное покрытие TiAlN имеет хорошую стойкость к облучению.
Кроме того, они наблюдали значительные эффекты радиационно-индуцированного размягчения (RIS) во всех облученных образцах. Эффекты РИС усиливались в образцах, облученных при комнатной температуре, по сравнению с образцами, облученными при высокой температуре. Исследователи наблюдали большое количество пузырьков N во всех облученных образцах и обнаружили, что пузырьки N, расположенные вдоль границ зерен, должны быть ответственны за эффекты RIS в наноструктурированном покрытии TiAlN.
