Исследование влияния облучения ионами Fe при 500 ° C на наноструктуру дисперсно-упрочненных оксидами сталей методами атомно-зондовой томографии

В настоящей работе исследована радиационная стабильность наноструктуры трех ДУО сталей методом атомно-зондовой томографии: Eurofer ODS, 10Cr ODS и KP-3 ODS с различными системами легирования. В этих сталях содержание хрома варьируется от 9 до 14 ат. %, а также в различных соотношениях содержатся такие легирующие элементы, как V, Ti, Al, W и Mn. Атомно-зондовая томография обнаружила в исходном состоянии этих сталей наноразмерные кластеры, обогащенные по Y, O и Cr, а также по V, Ti и Al в зависимости от системы легирования стали. Исследования радиационно-индуцированных изменений наноструктуры ДУО сталей под воздействием облучения ионами железа до дозы 100 сна при 500°C показало, что средние размеры кластеров под облучением практически не изменились. В тоже время наблюдалось существенное увеличение их объемной плотности (в ~2 раза) в сталях 10Cr ODS и KP-3 ODS, а в стали Eurofer ODS объемная плотность кластеров сильно уменьшилась (~ в 3.5 раза). Аналогично исходному состоянию кластеры во всех исследуемых сталях обогащены по Y, O, Cr и по Ti при его наличии в исходном составе. В облученных состояниях кластеры не обогащены по V и Al. В сталях 10Cr ODS и KP-3 ODS наблюдается существенное увеличение обогащения по Cr, O и Y и уменьшение обогащения по Ti. При этом в стали Eurofer ODS наблюдается сильное уменьшение обогащения по O. Обнаруженные изменения объемной плотности и состава кластеров предположительно связаны с механизмами взаимодействия с более крупными оксидными частицами.

1. Yvon P., Carre F. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 385. P. 217. https://doi.org/10.1134/S1063778822120018

2. Klueh R.L., Shingledecker J.P., Swindeman R.W., Hoelzer D.T. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 341. P. 103. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2005.01.017

3. Ukai S., Okuda T., Fujiwara M., Kobayashi T., Mizuta S., Nakashima H. // J. Nucl. Sci. Technol. 2002. V. 39. P. 872. https://doi.org/10.1080/18811248.2002.9715271

4. Hoelzer D.T., Bentley J., Sokolov M.A., Miller M.K., Odette G.R., Alinger M.J. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 367–370. P. 166. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.03.151

5. Wharry J.P., Swenson M.J., Yano K.H. // J. Nucl. Mater. 2017. V. 486. P. 11. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.01.009

6. Liu X., Miao Y., Wu Y., Maloy S.A., Stubbins J.F. // Scripta Mater. 2017. V. 138. P. 57. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2017.05.023

7. Rogozhkin S., Bogachev A., Korchuganova O., Nikitin A., Orlov N., Aleev A., Zaluzhnyi A., Kozodaev M., Kulevoy T., Chalykh B., Lindau R., Möslang A., Vladimirov P., Klimenkov M., Heilmaier M., Wagner J., Seils S. // Nucl. Mat. Energy. 2016. V. 9. P. 66. https://doi.org/10.1016/j.nme.2016.06.011

8. Ukai S., Fujiwara M. // J. Nucl. Mater. 2002. V. 307–311. P. 749. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(02)010

9. Carlan Y., Bechade J.-L., Dubuisson P., Seran J.-L., Billot P., Bougault A., Cozzika T., Doriot S., Hamon D., Henry J., Ratti M., Lochet N., Nunes D., Olier P., Leblond T., Mathon M.H. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 386–388. P. 430. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2008.12.156

10. Mateus R., Carvalho P.A., Nunes D., Alves L.C., Franco N., Correia J.B., Alves E. // Fus. Eng. Des. 2011. V. 86. P. 2386. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2011.01.011

11. Jeong Y.H., Kim W.J., Kim D.J., Jang J., Kang S.H., Chun Y.-B., Kim T.K. // Proc. Eng. 2014. V. 86. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.11.004

12. Kimura A., Cho H.-S., Toda N., Kasada R., Yutani K., Kishimoto H., Iwata N., Ukai S., Fujiwara M. // J. Nucl. Sci. Technol. 2007. V. 44 (3). P. 323. https://doi.org/10.1080/18811248.2007.9711289

13. Рогожкин С.В., Хомич А.А., Богачев А.А., Никитин А.А., Лукьянчук А.А., Разницын О.А., Шутов А.С., Васильев А.Л., Пресняков М.Ю. // Ядерная физика и инжиниринг. 2020. Т. 11 (1). С. 22–31. https://doi.org/10.1134/S2079562920010121

14. Рогожкин С.В., Хомич А.А., Богачев А.А., Никитин А.А., Хорошилов В.В., Кулевой Т.В., Федин П.А., Прянишников К.Е., Лукьянчук А.А., Разницын О.А., Шутов А.С., Залужный А.Г., Васильев А.Л., Пресняков М.Ю. // Ядерная физика и инжиниринг. 2020. Т. 11 (2). С. 67–76. https://doi.org/10.1134/S2079562920010133

15. Рогожкин С.В., Клауз А.В., Богачев А.А., Хомич А.А., Федин П.А., Разницын О.А. // Ядерная физика и инжиниринг. 2022. Т. 13 (6). С. 535-544. https://doi.org/10.56304/S2079562922030411

16. Рогожкин С.В., Алеев А.А., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Разницын О.А., Кириллов С.Е. // Приборы и техника эксперимента. 2017. №3. С. 129−134. https://doi.org/10.7868/S0032816217020227

17. Разницын О.А., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Рогожкин С.В., Алеев А.А. // Масс-спектрометрия. 2017.Т.14 (1). С. 33–39. https://elibrary.ru/yiryqp

18. Алеев A.А., Рогожкин С.В., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Разницын О.А., Никитин А.А., Искандаров Н.А., Корчуганова О.А., Кириллов С.Е. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018661876 (20.09.2018).

19. Miller M.K. Atom Probe Tomography: Analysis at the Atomic Level. 2000. New York: Kluwer Academic. https://doi.org/10.1046/j.1365-2818.2001.00847.x

20. Rogozhkin S.V., Bogachev A.A., Nikitin A.A., Vasiliev A.L., Presnyakov M.Yu., Tomut M., Trautmann Ch. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2021. V. 486. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2020.10.017