Диссертация (1137074), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Наряду с этимпроцессом идёт диффузия кислорода из сплавов в литий, причём еёинтенсивность намного выше интенсивности насыщения поверхности азотом.Таким образом, интегрально превалирует процесс диффузии кислорода в литийиз сплавов, что приводит к уменьшению общей твёрдости и общей массыобразцов.Подробнуюкартинупроисходящихпроцессовпоказаланализраспределения микротвёрдости по поперечному сечению (Рисунок 5.1).Распределение строилось с помощью метода Виккерса, однако обнаружилосьискажение отпечатков индентора в приповерхностных зонах образцах (Рисунок5.2), поэтому исследование приповерхностных зон (глубиной до 20 мкм)проводилось с помощью прибора Nanotest (Рисунок 5.3). В распределенияхтвёрдости по глубине, представленных на Рисунке 5.1, для первых трёх точекбыли использованы значения Нμ, полученные на приборе Nanotest.
Из Рисунков5.1 и 5.3 видно, что микротвёрдость всех сплавов в приповерхностных слоях162(порядка нескольких микрон) имеет завышенное значение, что связано снасыщением этих слоёв азотом и углеродом, более глубокие слои (10…100мкм) имеют пониженную микротвёрдость вследствие обеднения атомамикислорода, причём этот «провал» наиболее выражен у облучённых образцов.Этоможнообъяснитьприповерхностныхпримесныхслоёватомоввболееиз-зазонеинтенсивнымповышенноговысокойуходомкислородакоэффициентаконцентрациииздиффузиирадиационностимулированных дефектов структуры, не до конца отожжённых притермообработке.На Рисунке 5.4 показана топография поверхности образцов до и послеиспытаний в жидком литии. Видны следы коррозионного воздействия лития,выражающиеся в проявлении границ зёрен. Процессы, вызывающие этотэффект,должныбытьпредметомотдельногоисследования,таккакоднозначного объяснения дать им в настоящее время не представляетсявозможным.
Может быть, это связано с коррозионным растворением границ идругих структурных элементов при том, что фронтального растворенияпрактически не наблюдается — потери веса очень малы. Примеси внедренияконцентрируются у дефектов, что может приводить к более интенсивномурастворению этих зон в литии.аб163гвРисунок 5.1.
Распределение микротвёрдости по поперечному сечениюисследуемых образцов после выдержки в Li (600ºC, 400 ч): V (а); V – 1,86Ga(б); V – 3,4Ga – 0,62Si (в); V – 5Ti – 5Cr (г); 1 – необлучённые; 2 – облучённыебаРисунок 5.2. Формы отпечатков от индентора в приповерхностной зонеобразцов V – 5Ti – 5Cr, необлучённого (а), V – 3,4Ga – 0,62Si, облучённогоаргоном (б), после испытаний в Li (600ºC, 400 ч)Рисунок5.3.Распределениекинетическойтвёрдостипоглубинеповерхностного слоя сплавов V – 3,4Ga – 0,62Si (а), V – 5Ti – 5Cr (б) послевыдержки в Li (600ºC, 400 ч): 1 – необлучённые; 2 – облучённые аргоном164Рисунок 5.4. Топографии поверхности необлучённых (а, б) и предварительнооблучённых аргоном (в, г) материалов до (а, в) и после (б, г) выдержки в Liпри температуре 600ºC в течение 400 чРезюмируя результаты проведённого исследования, можно сделатьследующие выводы:1) превалирующимпроцессом, происходящим привзаимодействииисследуемых материалов с жидким литием высокой чистоты, являетсядиффузия атомов кислорода из приповерхностных слоёв образцов (от 10 до 100мкм) в жидкий литий, что выражается в понижении твёрдости образца в этойзоне;2) поглощение азота и углерода ванадиевыми сплавами из лития высокойчистоты достаточно мало, поэтому на их поверхности не образуется сплошной165защитной оксинитридной плёнки, хотя эффект увеличения микротвёрдости вприповерхностных слоях (до 10 мкм) присутствует;3) механизмы коррозии для облучённых и необлучённых образцовидентичны.
Различие составляет лишь интенсивность диффузии атомовкислорода;4) обнаружено, что при Т = 800ºС происходит отжиг радиационныхдефектов, возникающих в ванадии и его сплавах при облучении ионами аргонас энергией 20 кэВ дозой 1022 м–2 при температуре ~ 400ºС;5) коррозионноевоздействиелитиянаморфологиюповерхностиисследуемых материалов выражается в проявлении границ зёрен, чтосвязывается с коррозионным растворением границ и других структурныхэлементовпритом,чтофронтальногорастворенияпрактическиненаблюдается.5.2.Исследованиекоррозионноговзаимодействияванадияиванадиевого сплава V–4Ti –4Cr с эвтектическим расплавом Na-KРазвитие внутрикамерных литиевых элементов неизбежно ведёт ксозданию стационарных устройств с активным охлаждением.
На данныймомент уже существует и проходит испытания модуль литиевого диверторатокамака КТМ с активным охлаждением эвтектическим расплавом 22,8 % Na –77,2 % K [78, 79]. Охлаждающий тракт в нём выполнен из традиционнойнержавеющейтермоядерныхстали12Х18Н10Т. Пореакторахизложенным выше причинам впромышленногомасштабацелесообразноиспользовать «малоактивируемые» ванадиевые сплавы, в частности, сплав V –4Ti – 4Cr. Ранее проводились исследования коррозионной стойкости ванадия иего сплавов в натрии и калии [85 – 87]. В данном разделе диссертационнойработы на основе работы [50] будет проведена экспериментальная оценка166коррозионной совместимости сплава V – 4 Ti – 4 Cr с эвтектическим расплавом22,8 % Na – 77,2 % K.5.2.1. Постановка экспериментаСостав исходных образцов представлены в Таблице 15 (по паспортуобразцы исследованных сплавов содержали примеси внедрения, масс.
%: О —0,01 – 0,02).Таблица 15.Химический состав исследуемого сплава V – 4 Ti – 4 CrКонцентрация элемента, масс. %TiCrAlSiFeNbOV4,674,100,090,230,332,64> 0,02ост.Образцы исследуемого сплава представляли собой цилиндры диаметром16 мм, толщиной 1 мм и высотой 15 мм. Образцы нелегированного ванадияпредставляли собой пластинки с габаритами 10x10x1 мм. Испытания в средежидкого металла проводили в ампулах ∅ 20 × 1 мм высотой 60 мм,изготовленных из сплава V – 9 Cr с донышками из нелегированного листовогованадия, то есть практически в гомогенных условиях, как это и может бытьреализовано в условиях реальной теплообменной системы.
Заправку жидкогометалла в ампулы проводили из заправочной емкости при комнатнойтемпературе в герметичном боксе в среде высокочистого аргона, прошедшегодополнительную очистку геттерированием циркониевой стружкой при ~ 800°С.В каждую ампулу заливали 4,0 ± 0,5 г жидкого металла. Герметизацию ампулпроводили аргонодуговой сваркой в атмосфере инертного газа.
Схемаэксперимента полностью копирует (за исключением вида жидкого металла)схему вышеописанных экспериментов с жидким литием (Рисунок 2.3).167Испытания проводились методом «переворота» ампулы [52]. Сначалазаправленная ампула выдерживалась в течение 50 ч при температуре 800С впозиции 1 (Рисунок 2.3). В таком положении образцы находились в атмосфереаргона, а жидкий металл контактировал с геттером (цирконий). В процессеэтого этапа содержание кислорода в расплаве Na-K снижалось с 5·10-3 масс. %до 1·10-3 масс. %.
Затем ампула переворачивалась и выдерживалась в такомположении при температурах 800С и 600С соответственно 500 и 200 часов.Приэтомочищенныйотконтактировал с образцами.металлическихпримесейжидкийметаллПосле коррозионных испытаний образцыизвлекались в инертной атмосфере из жидкого металла, остатки которогоудалялись с их поверхности водяным паром и последующей промывкой вэтиловом спирте.Наряду с испытаниями в жидком металле проводились испытанияобразцов в атмосфере чистого аргона, дополнительно прошедшему процедуруочистки геттером в течение термической выдержки.Образцы до и после испытаний взвешивались на аналитическихлабораторных весах ВЛР-200, точность измерения на которых составляет 5·10–5г.
Микротвёрдость измерялась методом Виккерса на приборе ПМТ-3 принагрузке на индентор Р = 50 г. Как и в предыдущих экспериментах, воизбежание завала кромок образцы помещались в латунное кольцо и заливалисьсплавом Вуда. Топографию поверхности образцов исследовали в сканирующемэлектронном микроскопе JSM-35CF.5.2.2. Результаты экспериментаРезультаты гравиметрического исследования представлены в Таблице 16.Незначительное уменьшение массы образца из чистого ванадия можетобъясняться растворением компонентов материала, их концентрационнымпереносом через жидкую фазу между образцами различного химического168состава (V, V – 9 Cr, V – 4 Ti – 4 Cr), перераспределением примеси кислорода висследуемой системе. Увеличение массы образцов из сплава V – 4Ti – 4Crможет говорить о повышенной геттерной способности сплава по отношению ккислороду по сравнению с нелегированным ванадием и материалом ампулы V –9Cr, и, соответственно, о насыщении им поверхностных слоёв.Таблица 16.Результаты гравиметрического исследования образцовИзменение массы, ΔM, мг/см2ИсследуемыйматериалТ = 800С, t = 500 чТ = 600С, t = 200 чV-0,2-0,1V – 4Ti – 4Cr+0,6+0,4На Рисунке 5.5 показана топография поверхности сплава до и послеиспытаний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
