Детальный анализ наноструктуры дисперсно-упрочненных оксидами сталей – перспективных материалов ядерных реакторов

Повышенные механические свойства дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) сталей обусловлены в основном высокой плотностью однородно распределенных оксидных включений. Хорошо известно, что некоторые легирующие элементы, такие как Ti, V, Al, … играют важную роль в образовании оксидов/нанокластеров и влияют на плотность и размер этих включений. В данной работе мы изучили широкий спектр ДУО сталей, содержащих различные легирующие элементы. Микроструктурный анализ выполнен методами просвечивающей электронной микроскопии и атомнозондовой томографии. В стали обнаружены различные типы включений: оксиды типа Y–Ti–O или Y–Al–O размерами ~2–15 нм, а также нанокластеры (2–5 нм), обогащенные по Y, O, Cr, а также по Ti, V, Al, если эти элементы присутствуют в материале. Было показано, что основной клад в упрочнение сталей вносят оксиды, и только в сталях Austenitic ODS и 14Cr ODS вклад кластеров оказался сопоставим с вкладом оксидов.

1. 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.

2. 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.

3. Mateus R., Carvalho P.A., Nunes D., Alves L.C., Franco N., Correia J.B., Alves E. // Fusion Eng. Des. 2011. V. 86. P. 2386.

4. 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. No. 3. P. 323.

5. Wharry J.P., Swenson M.J., Yano K.H. // J. Nucl. Mater. 2017. V. 486. P. 11.

6. Coppola R., Klimiankou M., Lindau R., May R.P., Valli M. // Phys. B: Cond. Mat. 2004. V. 350. P. 545.

7. Han Y.-S., Mao X., Jang J., Kim T.-K. // Appl. Phys. A. 2015. V. 119. P. 249.

8. Williams C.A., Marquis E.A., Cerezo A., Smith G.D.W. // J. Nucl. Mater. 2010. V. 400. P. 37.

9. Aleev A.A, Iskandarov N.A., Klimenkov M., Lindau R., Möslang A., Nikitin A.A., Rogozhkin S.V., Vladimirov P., Zaluzhnyi A.G. // J. Nucl. Mater. 2011. V. 409. P. 65.

10. Рогожкин С.В., Богачев А.А., Кириллов Д.И., Никитин А.А., Орлов Н.Н., Алеев А.А., Залужный А.Г., Козодаев М.А. // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 12. С. 1328; Rogozhkin S.V., Bogachev A.A., Kirillov D.I., Nikitin A.A., Orlov N.N., Aleev A.A., Zaluzhnyi A.G., Kozodaev M.A. // Phys. Met. Metallogr. 2014. V. 115. P. 1259.

11. Schaaf B.v.d., Tavassoli A.-A.F., Fazio C., Rigal E., Diegele E., Lindau R., Marois G., Fusion Eng. Des. 2003. V. 69. P. 197.

12. Lindau R., Möslang A., Rieth M., Klimiankou M., Materna-Morris E., Alamo A., Tavassoli A.-A.F., Cayron C., Lancha A.-M., Fernandez P., Baluc N., Schäublin R., Diegele E., Filacchioni G., Rensman J.W., Schaaf B.v.d., Lucon E., Dietz W. // Fusion Eng. Des. 2005. V. 75–79. P. 989.

13. Ukai S., Fujiwara M. // J. Nucl. Mater. 2002. V. 307– 311. P. 749.

14. Рогожкин С.В., Орлов Н.Н., Никитин А.А., Алеев А.А., Залужный А.Г., Козодаев М.А., Lindau R., Möslang A., Vladimirov P. // Перспективные материалы. 2014. № 12. С. 38; Rogozhkin S.V., Orlov N.N., Nikitin A.A., Aleev A.A., Zaluzhny A.G., Kozodaev M.A., Lindau R., Möslang A., Vladimirov P. // Inorg. Mater. Appl. Res. 2015. V. 6(2). P. 151.

15. Gräning T., Rieth M., Hoffmann J., Seils S., Edmondson P.D., Möslang A. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 516. P. 335.

16. Jaumier T., Vincent S., Vincent L., Desmorat R. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 518. P. 274.

17. Xu S., Zhou Z., Jia H., Yao Z. // Steel Res. Int. 2018. V. 90. P. 1800594.

18. Klimenkov M., Lindau R., Möslang A. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 386. P. 553.

19. Bhattacharyya D., Dickerson P., Odette G.R., Maloy S.A., Misra A., Nastsi M. // Philos. Mag. 2012. V. 92. P. 2089.

20. Hsiung L., Fluss M., Tumey S., Kuntz J., El-Dasher B., Wall M., Choi B., Kimura A., Willaime F., Serruys Y. // J. Nucl. Mater. 2011. V. 409. P. 72.

21. Oono N.H., Ukai S., Hayashi S., Ohtsuka S., Kaito T., Kimura A., Torimaru T., Sakamoto K. // J. Nucl. Mater. 2017. V. 493. P. 180.

22. Song P., Kimura A., Yabuuchi K., Dou P., Watanabe H., Gao J., Huang Y.-J. // J. Nucl. Mater. 2020. V. 529 P. 151953.

23. 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; Rogozhkin S.V., Aleev A.A., Lukyanchuk A.A., Shutov A.S., Raznitsyn O.A., Kirillov S.E. // Instrum. Exp. Tech. 2017. V. 60. P. 428.

24. Разницын О.А., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Рогожкин С.В. и др.// Масс-спектрометрия. 2017. Т. 14. №. 1. С. 33; Raznitsyn O.A., Lukyanchuk A.A., Shutov A.S., Rogozhkin S.V. et al. // J. Anal. Chem. 2017. V. 72. No. 14. P. 1404.

25. 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 сентября 2018 г.). https://www1.fips.ru/ofpstorage/Doc/IZPM/RUNWC1/000/000/002/702/112/%D0%98%D0%97- 02702112-00001/document.pdf

26. Bas P., Bostel A., Deconihout B., Blavette D. // Appl. Surf. Sci. 1995. V. 87. P. 298.

27. Miller M.K. Atom Probe Tomography: Analysis at the Atomic Level. 2000. New York: Kluwer Academic.

28. Cerezo A., Davin L. // Surf. Interface Anal. 2007. V. 39. P. 184.

29. Lucas G.E. // J. Nucl. Mater. 1993. V. 206. P. 287.

30. Ijiri Y., Oono N., Ukai S., Ohtsuka S., Kaito T., Matsukawa Y. // Nucl. Mater. Energy. 2016. V. 9. P. 378.

31. Gil E., Ordás N., García-Rosales C., Iturriza I. // Fusion Eng. Des. 2015. V. 98–99. P. 1973.

32. Swenson M.J., Dolph C.K., Wharry J.P. // J. Nucl. Mater. 2016. V. 479. P. 426.