Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС
Проанализированы литературные данные о поиске геттерных материалов, которые могут быть рекомендованы для создания ловушек водорода путем введения их в конструкционные материалы и сварные соединения оборудования АЭС. Рассмотрены гибридообразующие сплавы и соединения на основе циркония, титана и ван...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101751 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС / В.М. Ажажа, С.Д. Лавриненко, Г.Д. Толстолуцкая, Н.Н. Пилипенко, Ю.П. Бобров, А.П. Свинаренко, А.Н. Аксенова // Автоматическая сварка. — 2010. — № 8 (688). — С. 39-46. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859546652758507520 |
|---|---|
| author | Ажажа, В.М. Лавриненко, С.Д. Толстолуцкая, Г.Д. Пилипенко, Н.Н. Бобров, Ю.П. Свинаренко, А.П. Аксенова, А.Н. |
| author_facet | Ажажа, В.М. Лавриненко, С.Д. Толстолуцкая, Г.Д. Пилипенко, Н.Н. Бобров, Ю.П. Свинаренко, А.П. Аксенова, А.Н. |
| citation_txt | Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС / В.М. Ажажа, С.Д. Лавриненко, Г.Д. Толстолуцкая, Н.Н. Пилипенко, Ю.П. Бобров, А.П. Свинаренко, А.Н. Аксенова // Автоматическая сварка. — 2010. — № 8 (688). — С. 39-46. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Проанализированы литературные данные о поиске геттерных материалов, которые могут быть рекомендованы для
создания ловушек водорода путем введения их в конструкционные материалы и сварные соединения оборудования
АЭС. Рассмотрены гибридообразующие сплавы и соединения на основе циркония, титана и ванадия как наиболее
перспективные. В качестве материалов геттерных добавок для создания ловушек водорода в конструкционных
материалах и сварных соединениях оборудования АЭС предложены редкоземельные металлы и их сплавы, а также
бинарные соединения редкоземельных металлов с переходными металлами VIII группы.
The paper gives analysis of literature data on searching for getter materials, which can be recommended for creation of
hydrogen traps by introducing them into structural materials and welded joints of NPP equipment. Hydride-forming alloys
and compounds based on zirconium, titanium and vanadium are considered as the most promising ones. Rare earth metals
and their alloys, binary compounds of rare-earth metals with transition metals of VIII group are proposed as materials
of getter additives to create hydrogen traps in structural materials and welded joints of NPP equipment
|
| first_indexed | 2025-11-26T01:42:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 069.019
ВЛИЯНИЕ ГЕТТЕРНЫХ ДОБАВОК НА ВОДОРОДНОЕ
ОХРУПЧИВАНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ОБОРУДОВАНИЯ АЭС
Академик НАН Украины В. М. АЖАЖА, С. Д. ЛАВРИНЕНКО, д-р техн. наук,
Г. Д. ТОЛСТОЛУЦКАЯ, д-р физ.-мат. наук, Н. Н. ПИЛИПЕНКО, канд. физ.-мат. наук,
Ю. П. БОБРОВ, А. П. СВИНАРЕНКО, А. Н. АКСЕНОВА, инженеры
(Нац. науч. центр «Харьковский физико-технический институт» НАН Украины)
Проанализированы литературные данные о поиске геттерных материалов, которые могут быть рекомендованы для
создания ловушек водорода путем введения их в конструкционные материалы и сварные соединения оборудования
АЭС. Рассмотрены гибридообразующие сплавы и соединения на основе циркония, титана и ванадия как наиболее
перспективные. В качестве материалов геттерных добавок для создания ловушек водорода в конструкционных
материалах и сварных соединениях оборудования АЭС предложены редкоземельные металлы и их сплавы, а также
бинарные соединения редкоземельных металлов с переходными металлами VIII группы.
К л ю ч е в ы е с л о в а : конструкционные материалы, ре-
сурс, физическое моделирование, металл шва, водород, гет-
терные добавки, ядерно-физические исследования
Как известно, водород является одной из наиболее
вредных и опасных примесей в металлах и спла-
вах. Практический опыт и почти все эксперимен-
тальные исследования влияния водорода на про-
цессы охрупчивания, упрочнения, длительную
прочность и термическую стабильность, статичес-
кую и циклическую усталость, усталостную проч-
ность, сопротивление усталости, ползучесть в ме-
таллах и сплавах свидетельствуют о его нега-
тивной роли в этих процессах. Достаточное со-
держание водорода в конструкционных матери-
алах при определенных условиях их эксплуатации
может привести к существенному охрупчиванию
этих материалов и, как следствие, значительно
ухудшить эксплуатационные характеристики,
вплоть до полной потери работоспособности.
Одной из наиболее уязвимых частей конструк-
ционного материала часто бывает сварной шов
и зона вокруг него. Потеря его эксплуатационных
характеристик из-за охрупчивания во многих слу-
чаях связана с растворенным в металле шва во-
дородом. Сегодня все сведения о поведении во-
дорода в металле и сплавах дают основания свя-
зывать механизмы их водородного охрупчивания
с взаимодействием водорода с их микроструктур-
ной неоднородностью: растворенными инородны-
ми атомами, вакансиями, дислокациями, грани-
цами зерен и фаз, фазовыми выделениями, микро-
и макропорами, микротрещинами, включениями
инородных частиц и др. Поэтому наряду с тра-
диционным методом уменьшения вероятности во-
дородного охрупчивания, заключающегося в
уменьшении концентрации водорода как в сва-
рочных материалах, так и в атмосфере, в которой
происходит процесс сварки, представляют инте-
рес и другие методы предупреждения охрупчи-
вания за счет влияния на параметры процессов
диффузии водорода в сварном соединении и кон-
струкционном материале.
Геттерные материалы. Исходя из проведен-
ного анализа геттерных материалов на предмет
их применения в качестве потенциальных мате-
риалов геттерных добавок выбраны две серии
сплавов (на основе бинарной системы Fe–Y и
тройной Zr–Co–Y), имеющие следующие исход-
ные составы, мас. %: Fe90–Y10; Zr80,8–Co14,2–
Y5; Fe85–Y15; Zr82,28–Co17,72; Fe65–Y35;
Zr66,1–Co17,8–Y16,1; Fe57–Y43; Zr75,53–
Co13,95–Y10,52.
Сплавы систем Fe–Y и Zr–Co–Y получены ар-
гонодуговым оплавлением с нерасходуемым воль-
фрамовым электродом в атмосфере высокочисто-
го аргона. Для получения равномерного распре-
деления составных элементов слитки сплавов пе-
реплавляли несколько раз. В качестве исходных
элементов использовали высокочистое железо
многократной электронно-лучевой переплавки,
йодидный цирконий, электролитический кобальт
и иттрий чистотой 99,9 %.
Для изучения фазового состава сплавов и их
структуры использовали рентгеноструктурный и
металлографический анализы. Фазовый состав из-
готовленных сплавов определяли рентгеновским
методом на дифрактометре «ДРОН-2М» в филь-
труемом CuK
α
-излучении. Металлографические
исследования проводили на микроскопе МИМ-8.
Для определения микротвердости сплавов приме-
© В. М. Ажажа , С. Д. Лавриненко, Г. Д. Толстолуцкая, Н. Н. Пилипенко, Ю. П. Бобров, А. П. Свинаренко, А. Н. Аксенова, 2010
8/2010 39
няли микротвердомер МВТ-3, погрешность изме-
рений составляла ±5 %.
Поверхность образцов перед исследованиями
шлифовали абразивной бумагой и полировали ал-
мазной пастой.
Для сплавов системы Fe–Y использовали 5%-й
раствор азотной кислоты в этиловом спирте (ни-
таль); для сплавов системы Zr–Co–Y — травитель
следующего состава: 15,4 мл HF; 17,3 мл HNO3;
17,3 мл H2SO4; дистиллированная вода 50 мл. В
травитель добавляли кислоту H2SO4 для шлифо-
вания поверхности образцов, которая в процессе
травления покрывалась пассивируемой пленкой.
Для исследования спектров газовыделения при-
меняли масс-спектрометрический анализ [1]. При
этом использовали масс-спектрометр МХ-7203,
предназначенный для определения водорода, а так-
же контроля газовых примесей в металлах и спла-
вах, которые выделяются из них при нагреве (оп-
ределяет газы с массовыми числами до 60).
Гидрирование сплавов проводили при темпе-
ратуре 350 °С в течение 8 ч. Газовыделение во-
дорода из сплавов до и после гидрирования имело
место при повышении температуры от комнатной
до 950 °С.
В соответствии с диаграммой равновесия сис-
темы Fe–Y [2] исследуемые сплавы являются
двухфазными. Сплавы Fe90–Y10 и Fe85–Y15 со-
держат фазы α-Fe(Y) + Fe17Y2. Оценка по правилу
отрезков определяет их соотношения соответс-
твенно 38 и 62 %, 5 и 95 %. Сплавы Fe65–Y35
и Fe57–Y43 состоят из двух интерметаллидов
Fe3Y + Fe2Y и согласно оценке по тому же пра-
вилу имеют соотношение соответственно 96 и
4 %, 14 и 86 %. На рис. 1 представлены микрос-
труктуры поверхностей слитков сплавов системы
Fe–Y указанных составов.
Количественное соотношение фаз, оценивае-
мое металлографически, согласуется с результа-
тами, полученными ранее. Значения микротвер-
дости для сплавов с возрастающим содержанием
иттрия составляют 4270, 7700, 6700 и 5740 МПа.
Термодесорбция из сплавов отражает суммар-
ный эффект газовыделения из фаз, находящихся
в них, и продуктов гидрогенолиза, образовавшихся
при изготовлении и нагреве сплавов. Кривые вы-
деления водорода при нагреве в вакууме образцов
сплавов системы Fe–Y показаны на рис. 2. Вид кри-
вых определяется главным образом содержанием
водорода, находящегося в фазах сплавов, его пе-
рераспределением в них при изменении темпера-
туры, степенью растворимости водорода и его рав-
новесным давлением над составляющими сплава.
В сплавах Fe90–Y10 и Fe85–Y15 характер тер-
модесорбции зависит преимущественно от содер-
жания в них фазы Fe17Y2. Данные рис. 2 согла-
суются с данными о термодесорбции водорода
из этой фазы, приведенными в работах [3, 4].
Рис. 1. Микроструктуры слитков сплавов системы Fe–Y разных составов: а — Fe90–Y10; б — Fe85–Y15; в — Fe65–Y35; г —
Fe57–Y43
40 8/2010
Кривые термодесорбции сплавов Fe65–Y35 и
Fe57–Y43, в которых присутствуют фазы Fe3Y и
Fe2Y, отображают сложные превращения, проис-
ходящие с их гидридами при изменении темпера-
туры, что не противоречиат данным работ [5, 6].
Анализ полученных кривых термодесорбции, а
также концентрация поглощенного водорода, при-
веденная в таблице, показали, что сплав Fe57–Y43
по сравнению с другими сплавами системы Fe–Y
поглощает наибольшее количество водорода и удер-
живает его до более высоких значений температуры
(приблизительно 900 °С и выше).
Данные металлографии и рентгеноструктурного
анализа сплавов системы Zr–Co–Y показали, что
бинарный сплав Zr82,3–Co17,7 является однофаз-
ным и представляет собой интерметаллид ZrCo c
параметрами ромбической решетки a = 8,945 (Δ =
= 0,002); b = 10,875 (Δ = 0,013); c = 3,270 (Δ =
= 0,003) и объемом элементарной ячейки V =
= 318,10 (Δ = 0,740), что хорошо согласуется с
данными работы [7].
Сплав Zr80,8–Co14,2–Y5 состоит из трех фаз
(ZrCo, α-Zr и α-Y), имеющих соответственно сле-
дующие кристаллографические параметры: a = 8,915
(Δ = 0,250), b = 10,914 (Δ = 0,030), c = 3,298
(Δ = 0,019) и V = 320,92 (Δ = 3,820); a = 3,238
(Δ = 0,003), c = 5,161 (Δ = 0,001); а = 3,649 (Δ =
= 0,004), c = 5,752 (Δ = 0,030).
Сплав Zr75,5–Co14–Y10,5 состоит из таких же
фаз, как и предыдущий сплав, и эти фазы имеют
соответственно параметры: a = 8,932 (Δ = 0,008),
b = 10,955 (Δ = 0,400), c = 3,273 (Δ = 0,001) и
V = 320,23 (Δ = 1,560); a = 3,231 (Δ = 0,004),
c = 5,161 (Δ = 0,004); a = 3,652 (Δ = 0,005), c =
= 5,735 (Δ = 0,020).
В сплаве Zr66,1–Col7,8–Y16,1 из выявленных
металлографически трех фаз точно идентифици-
рована только фаза Zr3Co.
Сложные профили кривых термодесорбции
сплавов системы Zr–Co–Y, которые прошли гид-
рирование, свидетельствуют о том, что при из-
менении температуры в них происходят сущес-
твенные структурные изменения. Газовыделение
водорода из этих сплавов имеет место практи-
чески во всем исследуемом интервале температур,
а для сплава Zr75,5–Co14–Y10,5 не прекращается
при максимальной температуре около 950 °С.
Данные таблицы свидетельствуют о том, что из
всех исследуемых в работе сплавов системы Zr–
Co–Y этот сплав поглощает и удерживает наи-
большую долю водорода.
Введение добавок редкоземельных элементов
(РЗЭ), которые имеют сильное сродство с газо-
выми и другими элементами внедрения, приводит
Рис. 2. Изменение парциального давления водорода РН при
нагреве в вакууме образцов сплавов системы Fe–Y после
насыщения водородом при температуре 350 °С в течение 8 ч:
1 — Fe85–Y15; 2 — Fe57–Y43; 3 — Fe65–Y35; 4 — Fe90–Y10
Содержание водорода в образцах сплавов до и после насыщения их водородом при температуре 350 °С в течение 8 ч
Системы Сплав
Концентрация водорода
в исходных сплавах
Концентрация водорода в сплавах после их насыще-
ния водородом при температуре 350 °С
см3/100 г % см3/100 г %
Fe–Y Fe90–Y10 89 0,008 1400 0,13
Fe85–Y15 46 0,004 3300 0,30
Fe65–Y35 64 0,006 6700 0,60
Fe57–Y43 138 0,012 15300 1,38
Zr–Co–Y Zr82,3–Co17,7 81 0,007 14100 1,27
Zr80,8–Co14,2–Y5 106 0,010 22400 2,02
Zr75,5–Co14–Y10,5 206 0,020 22800 2,05
Zr66,1–Co17,8–Y16,1 170 0,015 16400 1,48
Рис. 3. Влияние РЗЭ в покрытии электродов на концентрацию
диффузионного (1) и остаточного (2) водорода [11]
8/2010 41
к изменению свойств металлов и сплавов. Нали-
чие в твердом растворе даже малого количества
иттрия, лантана, скандия, цезия заметно изменяет
диффузионную подвижность атомов, упругие по-
ля дислокаций и границ раздела, а следовательно,
природу и кинетику выделений. Особенный ин-
терес представляют исследования влияния РЗЭ на
эволюцию структурно-фазового состояния и стой-
кость материалов при облучении. Эффект влияния
РЗЭ на радиационную стойкость зависит от их
концентрации, наличия газовых примесей в твер-
дом растворе и других факторов. Положительное
влияние микролегирования РЗЭ можно объяснить
увеличением плотности центров образования вто-
ричной фазы и усилением распада исходного ме-
тастабильного твердого раствора [8, 9].
Следует отметить, что чистые РЗЭ являются
относительно дорогими, к тому же при легиро-
вании радиационно стойких сталей и сплавов воз-
никают технологические трудности, связанные с
обеспечением их равномерного распределения в
твердом растворе, где их действие на радиацион-
ную стойкость оптимальное [8, 9]. При выплавке
сплавов из-за высокой химической активности
взаимодействия РЗЭ со шлаком, покрывающим
расплав, они практически не поступают в металл.
Кроме того, РЗЭ имеют высокую упругость пара
[10], а скандий еще и низкую плотность, поэтому
при введении в чистом виде (даже в защитной
атмосфере) их расход необоснованно велик. С
точки зрения экономии оправданно получать ли-
гатуры РЗЭ из их химических соединений путем
металлотермического восстановления.
В работе показано, что введение в металл шва
добавок РЗЭ приводит к снижению доли диффу-
зионного водорода в металле шва (рис. 3, 4), пос-
кольку они связывают водород и освобождают
при этом матрицу сплава.
Изменение концентрации водорода, выделив-
шегося из образцов сплавов Fe–Y до и после их
гидрирования, приведено на рис. 5. Видно, что
увеличение содержания иттрия в сплаве приводит
к росту концентрации поглощенного водорода,
особенно это заметно после гидрирования этих
сплавов.
Концентрация водорода, выделившегося из об-
разцов сплавов системы Zr–Co–Y до и после их
гидрирования, показана на рис. 6. Из рисунка видно,
что концентрация водорода максимальная при со-
держании иттрия от 5 до 10 мас. %, с повыше-
нием его содержания до 15 мас. % она уменьшается.
Рис. 4. Влияние массовой доли иттрия в середине порошко-
вых проводов (электродов) на концентрацию диффузионного
водорода в металле шва, выполненного сваркой в смеси газов
Ar + 0,1 % H2[11]
Рис. 5. Концентрация водорода, выделившегося из образцов
сплавов системы Fe–Y, до (а) и после (б) их гидрирования
Рис. 6. Концентрация водорода, выделившегося из образцов
сплавов системы Zr–Co–Y, до (а) и после (б) их гидрирования
42 8/2010
Модельные сварные швы с геттерными до-
бавками. Для исследований изготовлены модель-
ные образцы сплавов, имитирующие сварные швы
со специально введенными в него геттерными до-
бавками, способными эффективно поглощать, на-
капливать и удерживать водород. Эти сплавы сос-
тоят из 95 мас. % Fe и 5%-й добавки интерме-
таллидов системы Fe–Y. Добавки интерметалли-
дов имели следующие составы, мас. %: Fe90–Y10;
Fe85–Y15; Fe65–Y35; Fe57–Y43.
На основании металлографического анализа
поверхности образцов определено, что сплавы ис-
следуемых составов состоят из двух фаз —
Fe(FeY) и FeY + Fe. Распределение введенного
интерметаллида в железо происходит равномерно
по всему объему. Зерна одной фазы занимают зна-
чительно большую поверхность шлифа, другая
фаза в виде тонких прослоек расположена между
зернами первой и образует своеобразный каркас.
Микроструктуры поверхности образцов сплавов
приведены на рис. 7.
Микроструктуры поверхностей модельных
сплавов с геттерными добавками, содержащими
10 и 15 мас. % Y, сходны, подобны также между
собой микроструктуры поверхностей сплавов с
геттерными добавками, содержащими 35 и
43 мас. % Y, что, возможно, связано с различием
в составе фаз в первом и втором случае. Значение
микротвердости в фазе Fe(FeY) этих сплавов (при
увеличении содержания иттрия в геттерной до-
бавке) составляет 1250, 1280, 1210 и 1270 МПа.
Кривая 1 на рис. 8 характеризуется сложным
профилем, заметное выделение водорода начина-
ется при температуре приблизительно 300 °С и
заканчивается при 900 °С; кривая 2 имеет мак-
симум при температуре около 600 °С, основное
выделение водорода происходит при температуре
от 400 до 900 °С.
Результаты термодесорбции водорода из спла-
ва с геттерной добавкой, содержащей 10 мас. %
Y (рис. 8), согласуются с данными исследования
термодесорбции водорода из сплава Fe90–Y10
[12] и не противоречат данным о термодесорбции
водорода из интерметаллида Fe17Y2, представлен-
ным в работе [13]. На вид кривой 2 и абсолютную
величину наблюдаемого пика десорбции водоро-
да, как и в нашем случае, влияет характер диф-
фузии водорода через железную матрицу. Содер-
жание железа может существенно влиять на диф-
Рис. 7. Микроструктуры ( 300) поверхности образцов сплавов с геттерными добавками, содержащими 10 (а), 15 (б), 35 (в)
и 43 мас. % (г) Y
Рис. 8. Изменение парциального давления водорода PН при
нагреве в вакууме образцов сплава с геттерной добавкой,
содержащей 10 мас. % Y, до (1) и после (2) гидрирования
8/2010 43
фузию водорода и амплитуду наблюдаемых пиков
термодесорбции [14].
Ядерно-физическое исследование распреде-
ления водорода и его изотопов в модельных
сварных швах нового типа. Насыщения образ-
цов дейтерием проводили на установке «Имплан-
татор» с безмасляной системой откачки, что обес-
печивает давление остаточных газов в камере ми-
шени на уровне (2…3)⋅10–4 Па. Образцы облучали
ионами дейтерия D2+ с энергией Е = 10 кэВ
(5 кэВ/D+) до дозы (0,5…4,0)⋅1016 D/см2.
Отжиг образцов при температуре 300…1200 °С
осуществляли прямым пропусканием тока при
скорости роста и снижения температуры 7 К/с–1.
После облучения распределение по глубине
имплантированных частиц измеряли с помощью
ядерной реакции D(3He, p)4He с использованием
пучков 3Не (E = 700 кэВ). Измерения выполняли
на электростатическом ускорителе ЕСУ-2 в гео-
метрии прямого рассеяния. Пучок ионов 3He па-
дал на поверхность образца под углом 30°, а про-
дукты ядерной реакции регистрировались под уг-
лом 60° по отношению к анализируемому пучку.
Диаметр пучка при облучении составлял 3 мм,
а при анализе — 2 мм. Разделение по глубине
проникновения в геометрии прямого рассеяния
составляло 30 нм. Детальнее эта методика опи-
сана в работе [15].
Содержание дейтерия, выделившегося после
облучения D2+ с энергией 12 кэВ до дозы
5⋅1016 D/см2 из образцов сплавов с введенным ит-
трием, показано на рис. 9, из которого видно, что
при повышении содержания введенного в сплав
иттрия, содержание выделившегося дейтерия уве-
личивается. Это свидетельствует о том, что при
насыщении дейтерием металла сварных швов дей-
терий ведет себя как остаточный элемент (по срав-
нению с рис. 3).
Методом масс-спектрометрического анализа
исследован температурный интервал на газовы-
деление водорода в зависимости от содержания
введенного иттрия. На рис. 10 видно, что с по-
вышением содержания иттрия в металле модель-
ных швов температура, при которой происходит
максимальное газовыделение водорода, сдвигает-
ся в область высоких температур. Это свидетель-
ствует о том, что при большом содержании иттрия
водород удерживается сильнее в металле модель-
ных швов.
Как видно из рис. 11, концентрация выделив-
шегося водорода уменьшается с увеличением со-
держания введенного иттрия. Это свидетельствует
о том, что поглощенный водород удерживается
иттрием в металле модельных сварных швов, т. е.
является диффузионным. При увеличении време-
ни насыщения водородом металла модельных
швов концентрация поглощенного водорода ит-
трием возрастает (рис. 12).
При сравнении рис. 9 и рис. 12 можно обна-
ружить следующую закономерность: с увеличе-
нием содержания иттрия происходит концентра-
ция выделившихся дейтерия и водорода. Возмож-
но, существует предельная концентрация водоро-
да (дейтерия), начиная с которой изменяется ме-
ханизм удержания водорода (дейтерия) иттрием,
Рис. 9. Содержание D дейтерия, выделившегося из образцов
с введенным иттрием после облучения ионами D2+ с энергией
12 кэВ до дозы 5⋅1016 D/см2
Рис. 10. Влияние температуры на максимальное газовыделе-
ние водорода из металла модельных швов с различным содер-
жанием введенного иттрия
Рис. 11. Изменение концентрации водорода, выделившегося
из металла модельных швов, в зависимости от содержания
введенного иттрия в исходном состоянии (1) и после (2)
44 8/2010
при этом водород из диффузионного становится
остаточным.
На рис. 13 показано пространственно-концен-
трационное распределение дейтерия по глубине
d слоя, на который он имплантируется (его из-
меняют с помощью приведенной выше методики),
в металле модельных швов с различным содер-
жанием иттрия.
Кривая изменения содержания дейтерия явля-
ется ниспадающей с полушириной около 200 нм.
В этой области сосредоточена основная часть зах-
ваченного дейтерия. Часть оставшегося имплан-
тированного газа, равномерно распределяется в
решетках на максимальную глубину 1,8 мкм, на
которой осуществляли анализ в модельных швах
3He при энергии 1,4 МэВ. Проникновение дейте-
рия на глубины, значительно превышающие его
пробег, по-видимому, обусловлено насыщением
слоя проникновения и появлением высокопод-
вижной компоненты газа, способной беспрепят-
ственно мигрировать в глубь образца.
Все составляющие распределения дейтерия в
металле модельных швов (а именно, его содер-
жание на поверхности и в слое проникновения,
в «хвосте» распределения и общее содержание
удержанного в образцах дейтерия) возрастают
практически линейно по мере увеличения содер-
жания иттрия в металле шва (рис. 14). Накопление
дейтерия возрастает в образцах модельных швов
с большим содержанием геттерной добавки.
Таким образом, получена серия сплавов сис-
темы Fe–Y и Zr–Co–Y различного состава. Ис-
следован их фазовый состав и термодесорбцион-
ные свойства. Показано, что эти сплавы харак-
теризуются достаточно высокой температурой
удержания водорода, и поэтому могут рассмат-
риваться как материалы для геттерных добавок
Рис. 12. Изменение концентрации водорода, выделившегося
из металла модельных швов, в зависимости от содержания
введенного иттрия после гидрирования
Рис. 13. Распределение дейтерия по глубине (CD/Cm — отношение атомов дейтерия к атомам матрицы), ионно-имплантиро-
ванного при комнатной температуре с энергией 6 кэВ до дозы 5⋅1016 D/см2, в металле модельных швов с 10 (а), 15 (б), 35 (в)
и 43 мас. % (г) Y
8/2010 45
с целью создания ловушек водорода в конструк-
ционных материалах и сварных соединениях обо-
рудования АЭС, способствующих улучшению их
эксплуатационных характеристик путем умень-
шения влияния водорода.
Концентрация водорода, выделяющегося из
геттерных добавок системы Zr–Y, возрастает с
увеличением содержания введенного иттрия.
Получена серия модельных швов сварных со-
единений с различным содержанием геттерных
добавок. Показано, что концентрация водорода,
выделяющегося из металла сварных швов, умень-
шается с возрастанием содержания иттрия в гет-
терной добавке. Это свидетельствует о том, что
поглощенный водород удерживается иттрием в
металле модельных сварных швов.
Проведены ядерно-физические исследования
распределения водорода и его изотопов в металле
модельных сварных швах нового типа. Простран-
ственно-концентрационное распределение дейте-
рия в металле модельных сварных швов показало,
что содержание поглощенного дейтерия возрас-
тает с увеличением содержания иттрия.
1. Исследование газовыделения при нагреве в вакууме гид-
рированного сплава Nd–Fe–B / В. М. Ажажа, Ю. П. Боб-
ров, А. М. Бовда и др. // Вопр. атом. науки и техники.
Сер. Вакуум, чистые металлы, сверхпроводники. —
2006. — № 1. — С. 156–159.
2. Диаграммы состояния двойных металлических систем:
Справочник / Под ред. Н. П. Лякишева. В 3 т. Т.1. — М.:
Машиностроение, 1996. — С. 447–448.
3. Wirth S., Skomski R., Coey J. M. D. Hydrogen in R2Fe17 in-
termetallic compounds // Structural, thermodynamics and
magnetic properties. Res. Pap. Phys. Astronomy. — 1998.
— 55, № 9. — P. 5700–5707.
4. Синтез тройных гидридов и нитридов R2Fe17 (R–Y, Tb,
Dy, Ho, Er) и влияние элементов внедрения (Н2, N2) на
магнитную анизотропию и магнитострикцию / С. А. Ни-
китин, Е. А. Овченков, И. С. Терешина и др. // Металлы.
— 1998. — № 2. — С. 111–116.
5. Колачев Б. А., Шалин Р. Е., Ильин А. А. Сплавы-накопители
водорода: Справ. — М.: Металлургия, 1995. — 120 с.
6. Fernandez study of the multipeak deuterium thermodesorpti-
on in YFe2Dx (1,3<x< 4,2) by DSC, TD and in situ neutron
diffraction / T. Leblond, V. Paul-Boncour, F. Cuevas et al. //
Intern. J. Hydrogen Energy. — 2009. — 34, issue 5. —
P. 11–14.
7. База данных PCPDF // Intern. Center for Diffraction Data,
1996. — P. 20–23.
8. Зеленский В. Ф., Неклюдов И. М. Влияние редкоземель-
ных элементов на радиационную стойкость материалов
// Радиационное материаловедение: Тр. междунар.
конф., г. Харьков, сент., 1991 г. — Т. 2. — Харьков,
1991. — С. 45–57.
9. Alternative polarity recombination centers of point defects /
A. S. Bakaj, V. V. Gann, V. F. Zelensky, I. M. Heklyudov //
Effects of Radiation on Materials. — l990. — 1. — P. 623–
631.
10. Савицкий Е. М., Бурханов Г. С. Редкие металлы и спла-
вы. Физико-химический анализ и материаловедение. —
М.: Наука, 1980. — 255 с.
11. Металлургия дуговой сварки. Взаимодействие металла с
газами / И. К. Походня, И. Р. Явдошин, А. П. Пальцевич
и др. — Киев: Наук. думка, 2004. — 240 с.
12. Геттерные сплавы для создания ловушек водорода в
конструкционных материалах и сварных соединениях
оборудования АЭС / В. М. Ажажа, С. Д. Лавриненко,
А. П. Свинаренко и др. // Вопр. атом. науки и техники.
Сер. Вакуум, чистые металлы, сверхпроводники. —
2009. — № 6. — С. 127–133.
13. Skomski R. Hydrogen/in R2F17 intermetallic compounds //
Structural, thermodynamics and magnetic properties. Res.
Pap. Phys. and Astronomy. — 2006. — P. 5700–5707.
14. Role of iron for hydrogen absorption mechanism in zirconi-
um alloys / K. Kakinchi, N. Itagaki, T. Furuya et al. // J.
ASTM Intern. — 2004. — 1, № 10. — P. 349–365.
15. Сочетание метода ядерных реакций, термодесорбцион-
ной спектрометрии и двухпучкового облучения при ис-
следовании поведения гелия и водорода в конструкцион-
ных материалах / С. А. Карпов, И. Е. Копанец, И. М.
Неклюдов и др. // Тр. XIV междунар. совещ. «Радиа-
ционная физика твердого тела», г. Севастополь, 5–10
июля 2004 г. — Севастополь, 2004. — С. 592–596.
The paper gives analysis of literature data on searching for getter materials, which can be recommended for creation of
hydrogen traps by introducing them into structural materials and welded joints of NPP equipment. Hydride-forming alloys
and compounds based on zirconium, titanium and vanadium are considered as the most promising ones. Rare earth metals
and their alloys, binary compounds of rare-earth metals with transition metals of VIII group are proposed as materials
of getter additives to create hydrogen traps in structural materials and welded joints of NPP equipment
Поступила в редакцию 09.03.2010
Рис. 14. Влияние содержания иттрия в металле модельных
швов на поверхностную концентрацию (1) и концентрацию
ионно-имплантированного дейтерия на глубине 0,5…1,8 мкм
(2) при комнатной температуре с энергией 6 кэВ до дозы
5⋅1016 D/см2
46 8/2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101751 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-26T01:42:38Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ажажа, В.М. Лавриненко, С.Д. Толстолуцкая, Г.Д. Пилипенко, Н.Н. Бобров, Ю.П. Свинаренко, А.П. Аксенова, А.Н. 2016-06-06T19:39:59Z 2016-06-06T19:39:59Z 2010 Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС / В.М. Ажажа, С.Д. Лавриненко, Г.Д. Толстолуцкая, Н.Н. Пилипенко, Ю.П. Бобров, А.П. Свинаренко, А.Н. Аксенова // Автоматическая сварка. — 2010. — № 8 (688). — С. 39-46. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101751 069.019 Проанализированы литературные данные о поиске геттерных материалов, которые могут быть рекомендованы для создания ловушек водорода путем введения их в конструкционные материалы и сварные соединения оборудования АЭС. Рассмотрены гибридообразующие сплавы и соединения на основе циркония, титана и ванадия как наиболее перспективные. В качестве материалов геттерных добавок для создания ловушек водорода в конструкционных материалах и сварных соединениях оборудования АЭС предложены редкоземельные металлы и их сплавы, а также бинарные соединения редкоземельных металлов с переходными металлами VIII группы. The paper gives analysis of literature data on searching for getter materials, which can be recommended for creation of hydrogen traps by introducing them into structural materials and welded joints of NPP equipment. Hydride-forming alloys and compounds based on zirconium, titanium and vanadium are considered as the most promising ones. Rare earth metals and their alloys, binary compounds of rare-earth metals with transition metals of VIII group are proposed as materials of getter additives to create hydrogen traps in structural materials and welded joints of NPP equipment ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Ресурс сварных конструкций Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС Effect of getter additions on hydrogen- induced embrittlement of welded joints on structural materials of NPP equipment Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС Ажажа, В.М. Лавриненко, С.Д. Толстолуцкая, Г.Д. Пилипенко, Н.Н. Бобров, Ю.П. Свинаренко, А.П. Аксенова, А.Н. Ресурс сварных конструкций |
| title | Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС |
| title_alt | Effect of getter additions on hydrogen- induced embrittlement of welded joints on structural materials of NPP equipment |
| title_full | Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС |
| title_fullStr | Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС |
| title_full_unstemmed | Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС |
| title_short | Влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования АЭС |
| title_sort | влияние геттерных добавок на водородное охрупчивание сварных соединений конструкционных материалов оборудования аэс |
| topic | Ресурс сварных конструкций |
| topic_facet | Ресурс сварных конструкций |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101751 |
| work_keys_str_mv | AT ažažavm vliâniegetternyhdobavoknavodorodnoeohrupčivaniesvarnyhsoedineniikonstrukcionnyhmaterialovoborudovaniâaés AT lavrinenkosd vliâniegetternyhdobavoknavodorodnoeohrupčivaniesvarnyhsoedineniikonstrukcionnyhmaterialovoborudovaniâaés AT tolstoluckaâgd vliâniegetternyhdobavoknavodorodnoeohrupčivaniesvarnyhsoedineniikonstrukcionnyhmaterialovoborudovaniâaés AT pilipenkonn vliâniegetternyhdobavoknavodorodnoeohrupčivaniesvarnyhsoedineniikonstrukcionnyhmaterialovoborudovaniâaés AT bobrovûp vliâniegetternyhdobavoknavodorodnoeohrupčivaniesvarnyhsoedineniikonstrukcionnyhmaterialovoborudovaniâaés AT svinarenkoap vliâniegetternyhdobavoknavodorodnoeohrupčivaniesvarnyhsoedineniikonstrukcionnyhmaterialovoborudovaniâaés AT aksenovaan vliâniegetternyhdobavoknavodorodnoeohrupčivaniesvarnyhsoedineniikonstrukcionnyhmaterialovoborudovaniâaés AT ažažavm effectofgetteradditionsonhydrogeninducedembrittlementofweldedjointsonstructuralmaterialsofnppequipment AT lavrinenkosd effectofgetteradditionsonhydrogeninducedembrittlementofweldedjointsonstructuralmaterialsofnppequipment AT tolstoluckaâgd effectofgetteradditionsonhydrogeninducedembrittlementofweldedjointsonstructuralmaterialsofnppequipment AT pilipenkonn effectofgetteradditionsonhydrogeninducedembrittlementofweldedjointsonstructuralmaterialsofnppequipment AT bobrovûp effectofgetteradditionsonhydrogeninducedembrittlementofweldedjointsonstructuralmaterialsofnppequipment AT svinarenkoap effectofgetteradditionsonhydrogeninducedembrittlementofweldedjointsonstructuralmaterialsofnppequipment AT aksenovaan effectofgetteradditionsonhydrogeninducedembrittlementofweldedjointsonstructuralmaterialsofnppequipment |