Plasma Spraying of Silicide Coatings to Protect Zirconium Alloys from Oxidation

I. B. Gnesin; Гнесин И. Б.; D. V. Prokhorov; Прохоров Д. В.; N. I. Gnesina; Гнесина Н. И.; A. N. Nekrasov; Некрасов А. Н.; B. A. Gnesin; Гнесин Б. А.; V. I. Vnukov; Внуков В. И.; M. I. Karpov; Карпов М. И.; I. S. Zheltyakova; Желтякова И. С.; T. S. Stroganova; Строганова Т. С.

doi:10.31857/S1028096023100059

Плазменное напыление силицидных покрытий для защиты сплавов циркония от окисления

Авторы: Гнесин И.Б.¹, Прохоров Д.В.¹, Гнесина Н.И.¹, Некрасов А.Н.², Гнесин Б.А.¹, Внуков В.И.¹, Карпов М.И.¹, Желтякова И.С.¹, Строганова Т.С.¹
Учреждения:
1. Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН
2. Институт экспериментальной минералогии РАН
Выпуск: № 10 (2023)
Страницы: 27-35
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/1028-0960/article/view/141023
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023100059
EDN: https://elibrary.ru/VZYMAM
ID: 141023

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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

Разработка, производство эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Кн. 1. / Ред. Решетников Ф.Г. М.: Энергоатомиздат, 1995. 320 с.
The Fukushima Daiichi Accident. Vienna. IAEA, 2015. 1254 p.
Corey G.R // IAEA Bull. 1979. V. 21. № 5. P. 54.
Accident Tolerant Fuel Concepts for Light Water Reactors. Vienna. IAEA-TECDOC-1797, 2016. 384 p.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Syrtanov M., Kashkarov E., Abdulmenova A., Gusev K., Sidelev D. // Coatings. 2023. V. 13. № 1. P. 191. https://doi.org/10.3390/coatings13010191
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
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
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
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
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
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
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
Sen Y., Mingrun W., Tao G., Wenjin L. // Key Engin. Mater. 2008. V. 373–374. P. 304.
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
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
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
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
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
Gnesin I., Gnesin B., Nekrasov A. // J. Alloys Compd. 2018. V. 767. P. 803. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.193
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
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.