Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония
Предложен механизм образования периодически чередующихся рядов вакансионных и междоузельных дислокационных петель в сплаве Zr-Nb-Sn-Fe при облучении.
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 1999 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
1999
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81112 |
| 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: | Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония / В.В. Брык // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 97-110. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81112 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Брык, В.В. 2015-05-06T12:08:54Z 2015-05-06T12:08:54Z 1999 Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония / В.В. Брык // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 97-110. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81112 539.376.04:669.296 Предложен механизм образования периодически чередующихся рядов вакансионных и междоузельных дислокационных петель в сплаве Zr-Nb-Sn-Fe при облучении. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Металлофизические исследования перспективных сплавов циркония Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония |
| spellingShingle |
Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония Брык, В.В. Металлофизические исследования перспективных сплавов циркония |
| title_short |
Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония |
| title_full |
Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония |
| title_fullStr |
Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония |
| title_full_unstemmed |
Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония |
| title_sort |
радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония |
| author |
Брык, В.В. |
| author_facet |
Брык, В.В. |
| topic |
Металлофизические исследования перспективных сплавов циркония |
| topic_facet |
Металлофизические исследования перспективных сплавов циркония |
| publishDate |
1999 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| description |
Предложен механизм образования периодически чередующихся рядов вакансионных и междоузельных дислокационных петель в сплаве Zr-Nb-Sn-Fe при облучении.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81112 |
| citation_txt |
Радиационно-индуцированный механизм образования супердислокаций в сложнолегированных сплавах циркония / В.В. Брык // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 97-110. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT brykvv radiacionnoinducirovannyimehanizmobrazovaniâsuperdislokaciivsložnolegirovannyhsplavahcirkoniâ |
| first_indexed |
2025-11-24T15:58:12Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:58:12Z |
| _version_ |
1850850053360451584 |
| fulltext |
УДК 539.376.04:669.296
РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЙ МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ
СУПЕРДИСЛОКАЦИЙ В СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВАХ
ЦИРКОНИЯ
В.В. Брык
(ННЦ "Харьковский физико-технический институт",
г. Харьков, Украина)
Предложен механизм образования периодически чередующихся рядов вакансионных и междоузельных дис-
локационных петель в сплаве Zr-Nb-Sn-Fe при облучении.
Образование супердислокаций - упорядо-
ченных структур дислокационных петель,
расположенных периодически вдоль опреде-
ленных кристаллографических направлений,
неоднократно наблюдалось эксперименталь-
но в различных материалах [1,2], в том чис-
ле и в циркониевых сплавах [3,4]. Такие
структуры Адамсоном названы "вельвето-
вым контрастом" (из-за чередования светлых
и темных полос на снимках микрострукту-
ры.) Это же явление упорядочения наблюда-
лось нами в облученном нейтронами цирко-
ниевом сплаве Э-635, легированном Sn, Nb и
Fe (Рис.1) [5]. Впоследствии, образование
супердислокаций в этом сплаве было зафик-
сировано и в работах ГНЦ РФ ВНИИМ [6].
Таким образом, можно утверждать, что это
явление характерно для сплава Э-635.
Рис. 1 Супердислокации в сплаве Э-635, облучен-
ном в реакторе БОР-60
Интерес к изучению подобного рода
структур обусловлен не только их влиянием
на изменение макроскопических свойств ма-
териала, но и уникальной природой супер-
дислокаций. Их свойства не укладываются в
общепризнанную схему эволюции краевых
дислокаций и дислокационных петель. Так
междоузельные супердислокации вместо
того, чтобы монотонно увеличивать радиус
или находятся в стационарном состоянии,
или исчезают при больших дозах облучения.
Появление вакансионных супердислокаций
кажется еще более удивительным, так как
вакансионные петли имеют преференс к
междоузлиям и, следовательно, не могут
расти. Зарождение их в каскадах не может
объяснить упорядочение вакансионных пе-
тель [2], а, следовательно, и образование из
них супердислокаций.
Ci
v
vv
ii
Fe Fe
Межузельные петлиВакансионные петли
и выделения
Рис.2 Схема модели образования супер-дислока-
ций в сплаве Э-635 при облучении;
а - концентрационная волна олова; б - профиль
концентрации междоузельных атомов; в - про-
филь концентрации вакансий; г – схема образу-
ющейся при облучении дислокационной струк-
туры
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2000, №2.
СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ (77),C.97-99 97
150 нм
_
<112>
_[
[1100]
а)
б)
в)
г)
Объяснение этих физических явлений с
единой точки зрения дано в работе [7], где в
рамках линейной теории упругости вычисля-
ется энергия взаимодействия супердислока-
ций с точечными дефектами (ТД) и соб-
ственная энергия супердислокации. Показа-
но, что с ростом плотности петель в супер-
диcлокации её собственная энергия растет, а
энергия взаимодействия с ТД уменьшается.
Последнее обстоятельство становится при-
чиной уменьшения преференса супер-дисло-
кации в сравнении с преференсом изолиро-
ванной петли. В этой работе объяснены так-
же и особенности поведения междоузельных
и вакансионных супердислокаций при уве-
личении дозы облучения. Однако причины
образования упорядоченного чередования
рядов междоузельных и вакансионных пе-
тель в рамках линейной теории упругости
также не объяснимы. По мнению автора, за-
рождение подобных структур можно объяс-
нить, рассматривая некоторые особенности
распада пересыщенного твердого раствора
при облучении.
Известно, что при определенных темпера-
турно-концентрационных условиях состоя-
ние пересыщенного твердого раствора ока-
зывается абсолютно нестабильным (лабиль-
ным), тем более, если при этом материал об-
лучается. Эти условия можно выяснить с по-
мощью диаграммы состояния под облучени-
ем, отражающей только значения объемной
(химической) свободной энергии1. Это
оправданно, так как при анализе образова-
ния зон или когерентных выделений можно
пренебречь поверхностной энергией и
рассматривать процесс распада с образова-
нием "сегрегатов" флуктуацией состава.
Особое значение при зонном распаде имеет
большая концентрация вакансий. При облу-
чении это условие всегда обеспечено. При-
нимая во внимание появление большого чис-
ла мелкодисперсных когерентных выделе-
ний при облучении материалов, спинодаль-
ный характер их зарождения вполне вероя-
тен. Рассмотрим особенности такого процес-
са и следствия, к которым это может приве-
сти.
1 К сожалению, такие диаграммы, как правило, отсут-
ствуют.
Процесс расслоения твердого раствора на
стабильные фазы будет сопровождаться со-
ответствующими потоками атомов легирую-
щих элементов. Очевидно, что эти потоки
должны приводить к согласованной мигра-
ции дефектов - вакансий и междо-узлий.
Причем, если расслоение твердого раствора
будет носить спинодальный, т.е. периодиче-
ский характер, то и концентрация дефектов
вследствие миграции будет иметь периоди-
ческие пространственные колебания (Рис.2).
Эти потоки будут самосогласован-ными, но
для вакансий и междоузлий противополож-
но направленными. Рассматривая цирконие-
вый сплав Э-635 разумно предположить, что
конечным итогом распада будет образование
выделений Zr4Sn. Поэтому, по мере распада
твердого раствора будет возникать нараста-
ющая концентрационная волна атомов олова
(см. рис. 2а). Этот процесс должен сопрово-
ждаться направленным в зоны увеличения
концентрации олова потоками вакансий, так
как вакансии являются не только носителя-
ми атомов, но и играют роль "третьего" эле-
мента [8]. Очевидно, навстречу вакансион-
ному потоку возникнет поток собственных
атомов, состоящий, главным образом, из
атомов железа - элемента наиболее быстро
диффундирующего в растворе Zr-Nb. Воз-
никнут обогащенные железом области. Же-
лезо же, как подразмерная примесь, будет
быстро вытесняться из гантельной конфигу-
рации в межузельное положение собствен-
ными атомами. Поэтому, наряду с модулиро-
ванными периодическими химическими
неоднородностями будут самосогласованно
возникать области пересыщенные по междо-
узлиям и вакансиям так же периодически
расположенные в объеме материала. Оче-
видно, что в областях с вакансионным пере-
сыщением будут зарождаться вакансионные
дислокационные петли (подобно их заро-
ждению в каскадах) и предвыделения Zr4Sn,
а в областях с междоузельным пересыщени-
ем междо-узельные петли с сегрегирован-
ным на них железом или выделения с высо-
кой концентрацией железа, например,
(Zr,Nb)2Fe или(Zr,Nb)3Fe. Понятно, что эти
петли будут упорядочены в определенных
кристаллогра-фических направлениях. Та-
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2000, №2.
СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ (77),C.97-9997
ким образом, должна образоваться упорядо-
ченная струк-тура чередующихся вакансион-
ных и междоузельных супердислокаций. В
работе [9], где изучалась природа петель, об-
разующих "вельветов" контраст, было уста-
новлено, что ряды петель состоят преимуще-
ственно из вакансионных петель, между ко-
торыми расположены междоузельные петли.
Как видим, предложенный механизм должен
приводить именно к структурам такого рода.
Более того, в зависимости от того какие хи-
мические элементы принимают участие в
расслоении твердого раствора можно пред-
положить образование нескольких видов
возникающих упорядоченных структур:
• чередование вакансионных и междо-
узельных супердислокаций;
• чередование вакансионных супер-дисло-
каций с рядами, состоящими из междо-
узельных петель и выделений;
• чередование междоузельных супер-дис-
локаций с рядами, содержащими выделе-
ния и вакансионные петли.
Нельзя забывать и о диффузии различных
комплексов дефектов, в том числе и дефект -
атом примеси, образующихся при облуче-
нии, поэтому точная схема процесса будет
выглядеть несколько сложнее, однако, суть
его от этого не изменится.
В заключение отмечу, что подобное раз-
деление потоков точечных дефектов при
расслоении твердого раствора сплава 33Fe-
66Cr-Al наблюдалось ранее в работе [10]. В
этом сплаве при дозе облучения 100 с.н.а.
были обнаружены распухшие и свободные
от пор области размером ~500 нм. Распуха-
ние отдельных зон достигало 25 %. Распух-
шие области обогащались по железу и обед-
нялись по хрому, а области не подвержен-
ные распуханию, соответственно, обедня-
лись по железу (до18%) и обогащались по
хрому (до 82%). Такая существенная струк-
турная и химическая неоднородность облу-
ченного сплава 33Fe-66Cr-Al в работе [10]
также объяснялась тенденцией сплава к спи-
нодальному распаду и действием эффекта
Киркендалла.
Автор благодарит И.М. Неклюдова и О.В.
Бородина за полезные обсуждения затрону-
тых в работе вопросов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. V.K. Sikka, J Moteff. Damage in neu-
tron-irradiated molybdenum. (1) Charac-
terization of as-irradiated
microstructure// J. Nucl. Mater., 1974.
Vol 54. p.325-345.
2. J.E. Westmoreland, J.A. Sprague, P.R.
Malberg. Dose rate effects in nicel-ion ir-
radiated nicel.-Radiat.Eff. 1975. Vol. 26.
p.1-16.
3. Jonstsons A., Kelly P.M., Blayk R.G. //
J. Nucl.Mater. 1977. Vol. 66. p.236-242.
4. Adamson R.B., Bell W.L. and Lee D.
ASTM-STP 551(1974). p.14.
5. О.В. Бородин, В.В. Брык, И.М. Неклю-
дов и др. Эволюция структурно-фазо-
вых состояний циркониевых сплавов
под облучением //ВАНТ Труды конфе-
ренции "Проблемы циркония и гафния
в атомной энергетике" 14-19 июня
1999г. г.Алушта, Крым. с. 119-120.
6. В.И. Шишов, А.В. Никулина, А.В. Це-
лищев, М.М. Перегуд, В.А. Маркелов
Радиационно-индуцированный рост и
изменения микроструктуры в цирко-
ниевых сплавах под действием ней-
тронного облучения //ВАНТ Труды
конференции "Проблемы циркония и
гафния в атомной энергетике" 14-19
июня 1999г. г.Алушта, Крым. с.122.
7. Turkin A.A., Dubinko V.I. Formation of
dislocation patterns under irradiation //
Appl.Phys. 1994. Vol.A58. p.35-39.
8. Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков. Физика
металлов. Атомное строение металлов
и сплавов.- М.: Атомиздат, 1978. с.
352/
9. P.M. Kelly, R.G. Blake and A. Jonstons//
J. Nucl.Mater., 1976. Vol. 59. p.307.
10.Bryk V.V., V.N. Voyevodin, I.M. Nek-
lyudov, A.N. Rakitskij. Microstructure
investigation of Cr and Cr alloys irradiat-
ed with havy ions// J. Nucl.Mater. 1995.
Vol. 225. p.146-153.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2000, №2.
СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ (77),C.97-99 97
|