В ТПУ создали «самозалечивающиеся» покрытия деталей термоядерных реакторов
Новую многослойную архитектуру покрытий для элементов термоядерных реакторов, обладающую способностью «самовосстанавливаться», разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ), 24 ноября сообщает пресс-служба вуза. Созданные специалистами ТПУ многослойные наноламинатные покрытия, кроме того, сохраняют высокую термическую стабильность при работе в экстремальных условиях. Их применение позволит существенно увеличить срок службы оборудования реакторов. Высокая прочность, коррозионная стойкость и устойчивость к радиации наноламинатных многослойных покрытий уже обеспечивает им широкое применение в ядерной промышленности. Однако в настоящее время при одновременном воздействии высоких температур и облучения их защита недостаточна. Новая архитектура многослойного покрытия — функционально-градиентного материала (ФГМ), которую разработали ученые Томского политеха, включает защитный слой ниобия (Nb) толщиной около 3 мкм, радиационно-стойкий слой чередующихся наноразмерных мультислоев ниобия и циркония (Zr) толщиной около 1 мкм, адгезионный слой циркония толщиной около 10 мкм и подложку из сплава циркония с 1% ниобия толщиной 0,7 мм, которая обеспечивает механическую прочность покрытия. При этом чередование слоев такого ФГМ обеспечивает не просто повторение известной наноламинатной структуры, но представляет собой управляемую, целенаправленную градацию материалов, создающую и повышенную термическую устойчивость, и более эффективное управление эволюцией дефектов за счет их локализации на нужных уровнях. Один из авторов исследования, и. о. руководителя отделения экспериментальной физики ТПУ Роман Лаптев пояснил, в чем достоинство предложенной ими архитектуры: «Это позволяет перенаправлять дефекты в активные зоны, где происходит их „самозалечивание“. В простых наноламинатах активные зоны могут не совпадать с профилем повреждений, из-за чего эффективность механизмов самовосстановления снижается» . Политехники провели исследования новой архитектуры покрытий при температурах до 900 °C, включающие анализ термической стабильности и структурных изменений. Для этого они использовали методы рентгеновской дифракции, in situ (на месте) спектроскопии доплеровского уширения аннигиляционной линии и просвечивающей электронной микроскопии. Применение комплексного исследования позволило разработчикам в реальном времени следить за эволюцией дефектов вплоть до их аннигиляции и изменением кристаллической решетки покрытия. В результате было установлено, что нагрев не нарушает архитектуру покрытия и связь между его слоями, а имевшие место фазовые превращения обратимы, поэтому свойства материала сохраняются. Результаты исследования были представлены в статье «Исследование in situ термической стабильности функционально-градиентных наноламинатов Nb/Zr» (In situ probing of thermal stability of functionally graded Nb/Zr nanolaminates), опубликованной в Journal of Materials Science (Q1, IF: 3,9). «Комплекс in situ анализа в сочетании с традиционными методами эксперимента позволил нам доказать, что разработанная в ТПУ архитектура покрытий устойчива к термическому воздействию. Благодаря обратимости фазовых трансформаций материал способен выдерживать экстремальные циклы нагрева и охлаждения без существенной деградации. Это критически важно для оценки долговечности покрытия в условиях реальной эксплуатации» , — уточнил Роман Лаптев. Разработчики считают, что новое покрытие найдет применение в будущих термоядерных реакторах. В исследовании, кроме ученых отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий, приняли участие специалисты исследовательского ядерного реактора ТПУ. Telegram - https://t.me/scanos VK - https://vk.com/scanos_ru
Scanos News
В ТПУ создали «самозалечивающиеся» покрытия деталей термоядерных реакторов
Новую многослойную архитектуру покрытий для элементов термоядерных реакторов, обладающую способностью «самовосстанавливаться», разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ), 24 ноября сообщает пресс-служба вуза.
Созданные специалистами ТПУ многослойные наноламинатные покрытия, кроме того, сохраняют высокую термическую стабильность при работе в экстремальных условиях. Их применение позволит существенно увеличить срок службы оборудования реакторов.
Высокая прочность, коррозионная стойкость и устойчивость к радиации наноламинатных многослойных покрытий уже обеспечивает им широкое применение в ядерной промышленности. Однако в настоящее время при одновременном воздействии высоких температур и облучения их защита недостаточна.
Новая архитектура многослойного покрытия — функционально-градиентного материала (ФГМ), которую разработали ученые Томского политеха, включает защитный слой ниобия (Nb) толщиной около 3 мкм, радиационно-стойкий слой чередующихся наноразмерных мультислоев ниобия и циркония (Zr) толщиной около 1 мкм, адгезионный слой циркония толщиной около 10 мкм и подложку из сплава циркония с 1% ниобия толщиной 0,7 мм, которая обеспечивает механическую прочность покрытия.
При этом чередование слоев такого ФГМ обеспечивает не просто повторение известной наноламинатной структуры, но представляет собой управляемую, целенаправленную градацию материалов, создающую и повышенную термическую устойчивость, и более эффективное управление эволюцией дефектов за счет их локализации на нужных уровнях.
Один из авторов исследования, и. о. руководителя отделения экспериментальной физики ТПУ Роман Лаптев пояснил, в чем достоинство предложенной ими архитектуры:
«Это позволяет перенаправлять дефекты в активные зоны, где происходит их „самозалечивание“. В простых наноламинатах активные зоны могут не совпадать с профилем повреждений, из-за чего эффективность механизмов самовосстановления снижается» .
Политехники провели исследования новой архитектуры покрытий при температурах до 900 °C, включающие анализ термической стабильности и структурных изменений. Для этого они использовали методы рентгеновской дифракции, in situ (на месте) спектроскопии доплеровского уширения аннигиляционной линии и просвечивающей электронной микроскопии.
Применение комплексного исследования позволило разработчикам в реальном времени следить за эволюцией дефектов вплоть до их аннигиляции и изменением кристаллической решетки покрытия. В результате было установлено, что нагрев не нарушает архитектуру покрытия и связь между его слоями, а имевшие место фазовые превращения обратимы, поэтому свойства материала сохраняются.
Результаты исследования были представлены в статье «Исследование in situ термической стабильности функционально-градиентных наноламинатов Nb/Zr» (In situ probing of thermal stability of functionally graded Nb/Zr nanolaminates), опубликованной в Journal of Materials Science (Q1, IF: 3,9).
«Комплекс in situ анализа в сочетании с традиционными методами эксперимента позволил нам доказать, что разработанная в ТПУ архитектура покрытий устойчива к термическому воздействию. Благодаря обратимости фазовых трансформаций материал способен выдерживать экстремальные циклы нагрева и охлаждения без существенной деградации. Это критически важно для оценки долговечности покрытия в условиях реальной эксплуатации» , — уточнил Роман Лаптев.
Разработчики считают, что новое покрытие найдет применение в будущих термоядерных реакторах.
В исследовании, кроме ученых отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий, приняли участие специалисты исследовательского ядерного реактора ТПУ.
Telegram - https://t.me/scanos VK - https://vk.com/scanos_ru