Figur 1. Nanohårdhetsvärdena för TiAlN-beläggningar före och efter bestrålning. Kredit:TAI Pengfei
Forskare från Institute of Modern Physics (IMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin har erhållit nya resultat om nanohårdhet och mikrostrukturutveckling av nanostrukturerad titan-aluminiumnitrid (TiAlN) beläggning under bestrålning. Resultaten publicerades i Surface &Coatings Technology.
Beläggningsmaterial för övergångsmetallnitrider, speciellt titannitrid (TiN) beläggningar, uppvisar hög hårdhet, kemi inerthet, utmärkt slitage och korrosionsbeständighet. Dessa egenskaper gör det möjligt för dem att fungera som överlägsna skyddande beläggningar på kärnreaktorstrukturmaterial. Den extrema strålningsmiljön i kärnreaktorer kan dock förändra deras egenskaper och försämra deras prestanda. Det är därför väsentligt att bedriva forskning om strålningsresponsen från beläggningsmaterialen.
Forskare vid IMP har studerat de strålningsinducerade förändringarna i egenskaperna hos TiN-baserade beläggningsmaterial. De valde TiAlN som ett isostrukturmodellmaterial för att undersöka den bestrålningsinducerade nanohårdheten och mikrostrukturutvecklingen och förhållandet mellan dem.
I experimentet avsattes beläggningarna på WFeNi-substrat via den katodiska bågjonpläteringsmetoden, och den genomsnittliga kornstorleken för beläggningar som avsatts var cirka 10 nm. Nitrid-(N)-jonbestrålningsexperimenten av de erhållna TiAlN-beläggningarna utfördes på den 320 kV multidisciplinära forskningsplattformen med olika temperaturer och fluenser.
Figur 2. Högupplösta transmissionselektronmikroskopbilder av avsatt beläggning (a), RT-2E16 (b) RT-4E16 (c), 300 oC-4E16 (d), 500 oC-4E16 (e) beläggningsprover. Kredit:TAI Pengfei
Enligt forskarna har det inte observerats någon amorfisering eller fasomvandling i vart och ett av de bestrålade proverna, även under skadenivån på 10 dpa vid rumstemperatur och högre temperaturer, vilket indikerar att den förberedda TiAlN-beläggningen har en god bestrålningsbeständighet.
Dessutom observerade de signifikanta strålningsinducerade mjukningseffekter (RIS) i alla bestrålade prover. RIS-effekterna förstärktes i prover som bestrålades vid rumstemperatur jämfört med proverna som bestrålades vid den höga temperaturen. Forskarna observerade ett stort antal N-bubblor i alla bestrålade prover och fann att N-bubblorna som ligger längs korngränserna borde vara ansvariga för RIS-effekter i nanostrukturerad TiAlN-beläggning. + Utforska vidare
