Блог

May 30, 2024

Динамические реакции подложки при облучении тяжелыми ионами при комнатной температуре тонких пленок высокоэнтропийного сплава CoCrCuFeNi

npj Materials Degradation, том 6, Номер статьи: 60 (2022) Цитировать эту статью 1213 Доступов 4 Цитирования 1 Altmetric Metrics подробно Сплавы с высокой энтропией (HEA) являются перспективными материалами для различных

npj Деградация материалов, том 6, номер статьи: 60 (2022 г.) Цитировать эту статью

1213 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Сплавы с высокой энтропией (ВЭА) являются перспективными материалами для различных применений, включая среду ядерных реакторов. Таким образом, важно понять их поведение при облучении и воздействии различных сред. Здесь два набора почти эквиатомных тонких пленок CoCrCuFeNi, выращенных на подложках SiO2/Si или Si, были облучены при комнатной температуре ионами Au с энергией 11,5 МэВ, что обеспечило аналогичное поведение при воздействии инертной и коррозионной среды. Пленка, выращенная на SiO2, имела относительно минимальные изменения вплоть до пиковых уровней повреждения выше 500 сна, в то время как пленка, выращенная на Si, начала перемешиваться на границе раздела подложка-пленка при максимальных дозах 0,1 сна, прежде чем превратиться в мультисилицидную пленку при более высоких дозах. все при комнатной температуре с минимальной термодиффузией. Основным механизмом является усиленная радиацией диффузия посредством обратного эффекта Киркендалла и эффекта сопротивления растворенного вещества. Результаты показывают, как состав и воздействие окружающей среды влияют на стабильность HEA под воздействием радиации, и дают представление о том, как контролировать это поведение.

Сплавам в реакторной среде требуется фазовая стабильность для поддержания физических и механических свойств и производительности компонентов. Воздействие нескольких одновременных экстремальных явлений, наблюдаемых в реакторной среде, таких как радиация, высокая температура, механическое напряжение и/или воздействие окружающей среды, может привести к синергическому воздействию на материалы, которое не наблюдается при воздействии этих экстремальных явлений индивидуально или последовательно1. Радиационную стойкость можно обеспечить, используя нанокристаллический материал с высокой плотностью стоков на границе раздела2. Аналогичным образом, радиационную стойкость можно также обеспечить за счет уменьшения образования дефектов и их подвижности, например, за счет химического беспорядка, низкой теплопроводности и больших искажений решетки, обнаруженных в высокоэнтропийных сплавах (ВЭА)3,4,5,6,7,8, 9,10. Однако эта радиационная стойкость становится бессмысленной, если наноразмерные зерна или химически сложные сплавы теряют свою стабильность, что приводит к чрезмерному росту зерен или образованию других фаз при воздействии других экстремальных условий, таких как высокие температуры или агрессивные среды. Скорость окисления высокотемпературным воздухом или паром ВЭА, как и нержавеющих сталей, зависит от состава сплава и фазы оксидной окалины, которая образуется11,12,13.

Подобно окислению и коррозии, облучение может оказывать большое влияние на фазовую стабильность этих материалов. Сочетание коррозии и облучения представляет собой область исследований, вызывающую большой интерес. Однако знания о том, как одновременное облучение и воздействие окружающей среды влияют на фазовую стабильность, особенно в HEA, ограничены. Исследования, посвященные последовательному облучению с последующей коррозией, показали либо отсутствие влияния на скорость коррозии14, либо увеличение скорости коррозии15. Лишь недавно были проведены исследования синергетического воздействия облучения и коррозии одновременно, причем некоторые из них показали радиационно-усиленную коррозию, а другие - радиационно-замедленную коррозию14,16,17. В этих работах установлено, что коррозия способствует облучению в зависимости от коррозионной среды. Тем не менее, каждое исследование подтверждало важность радиационно-усиленной диффузии (RED) как основного средства радиационно-усиленной или замедленной коррозии и, следовательно, миграции дефектов. Однако эти исследования в основном были сосредоточены на простых модельных сплавах или обычных сплавах и сталях. Существует ограниченное механистическое понимание того, как химическая сложность HEA может влиять на комбинированное воздействие радиации и окружающей среды, что, как было показано, снижает образование и миграцию дефектов при облучении7. Таким образом, важно понять, как эти сплавы сохраняют или теряют микроструктурную или фазовую стабильность и какие механизмы смягчения могут быть применены, чтобы остановить или замедлить фазовую и микроструктурную эволюцию в условиях многочисленных экстремальных условий окружающей среды.