Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т
Приведены результаты исследования термоактивированного выхода ионно-имплантированного дейтерия из нержавеющей стали Х18Н10Т в зависимости от способа подготовки образцов перед облучением (кратковременный отжиг, окисление, выдержка на воздухе)....
Gespeichert in:
| Datum: | 2003 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2003
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110922 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т / В.В. Ружицкий, С.А. Карпов, И.М. Неклюдов, Г.Д. Толстолуцкая, В.И. Бендиков // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 3. — С. 167-169. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-110922 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1109222017-01-08T03:02:34Z Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т Ружицкий, В.В. Карпов, С.А. Неклюдов, И.М. Толстолуцкая, Г.Д. Бендиков, В.И. Краткие сообщения Приведены результаты исследования термоактивированного выхода ионно-имплантированного дейтерия из нержавеющей стали Х18Н10Т в зависимости от способа подготовки образцов перед облучением (кратковременный отжиг, окисление, выдержка на воздухе). Наведені результати дослідження термоактивованого виходу іонно-імплантованого дейтерію з нержавіючої сталі Х18Н10Т в залежності від способу підготовки зразків перед опроміненням (короткочасний відпал, окислення, витримка на повітрі). Results of research of thermoactivated release of ion-implanted deuterium from stainless steel Kh18Ni10Тi are given depending on a mode of preparation of samples before an irradiation (short-term annealing, oxidation, exposure on air). 2003 Article Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т / В.В. Ружицкий, С.А. Карпов, И.М. Неклюдов, Г.Д. Толстолуцкая, В.И. Бендиков // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 3. — С. 167-169. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110922 669.017:539.16 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Краткие сообщения Краткие сообщения |
| spellingShingle |
Краткие сообщения Краткие сообщения Ружицкий, В.В. Карпов, С.А. Неклюдов, И.М. Толстолуцкая, Г.Д. Бендиков, В.И. Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Приведены результаты исследования термоактивированного выхода ионно-имплантированного дейтерия из нержавеющей стали Х18Н10Т в зависимости от способа подготовки образцов перед облучением (кратковременный отжиг, окисление, выдержка на воздухе). |
| format |
Article |
| author |
Ружицкий, В.В. Карпов, С.А. Неклюдов, И.М. Толстолуцкая, Г.Д. Бендиков, В.И. |
| author_facet |
Ружицкий, В.В. Карпов, С.А. Неклюдов, И.М. Толстолуцкая, Г.Д. Бендиков, В.И. |
| author_sort |
Ружицкий, В.В. |
| title |
Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т |
| title_short |
Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т |
| title_full |
Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т |
| title_fullStr |
Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т |
| title_full_unstemmed |
Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т |
| title_sort |
влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали х18н10т |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2003 |
| topic_facet |
Краткие сообщения |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110922 |
| citation_txt |
Влияние состояния поверхности на термодесорбцию дейтерия из стали Х18Н10Т / В.В. Ружицкий, С.А. Карпов, И.М. Неклюдов, Г.Д. Толстолуцкая, В.И. Бендиков // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 3. — С. 167-169. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT ružickijvv vliâniesostoâniâpoverhnostinatermodesorbciûdejteriâizstalih18n10t AT karpovsa vliâniesostoâniâpoverhnostinatermodesorbciûdejteriâizstalih18n10t AT neklûdovim vliâniesostoâniâpoverhnostinatermodesorbciûdejteriâizstalih18n10t AT tolstoluckaâgd vliâniesostoâniâpoverhnostinatermodesorbciûdejteriâizstalih18n10t AT bendikovvi vliâniesostoâniâpoverhnostinatermodesorbciûdejteriâizstalih18n10t |
| first_indexed |
2025-07-08T01:21:10Z |
| last_indexed |
2025-07-08T01:21:10Z |
| _version_ |
1837039796607778816 |
| fulltext |
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 669.017:539.16
ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
НА ТЕРМОДЕСОРБЦИЮ ДЕЙТЕРИЯ ИЗ СТАЛИ Х18Н10Т
В.В. Ружицкий, С.А. Карпов, И.М. Неклюдов, Г.Д. Толстолуцкая, В.И. Бендиков
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
г. Харьков, Украина
Приведены результаты исследования термоактивированного выхода ионно-имплантированного дейтерия из не-
ржавеющей стали Х18Н10Т в зависимости от способа подготовки образцов перед облучением (кратковременный отжиг,
окисление, выдержка на воздухе).
ВВЕДЕНИЕ
Исследование закономерностей накопления и
высвобождения водорода из конструкционных ста-
лей актуально в связи с задачей восстановления фи-
зико-химических свойств материалов, насыщенных
водородом в условиях воздействия радиационных
излучений в ядерных или термоядерных реакторах.
Значительное влияние на обратный выход газа из
объема металлов оказывают процессы, происходя-
щие на границе раздела твердое тело – газ. Одним из
таких процессов является рекомбинация атомов с
образованием молекулы H2(D2). Она определяется
физико-химическими механизмами, крайне чувстви-
тельными к состоянию поверхности раздела, на-
личию на ней неметаллических примесей на уровне
даже долей монослоев [1].
В настоящем сообщении приведены эксперимен-
тальные данные по термоактивированному выделению
ионно-имплантированного дейтерия из нержавеющей
стали Х18Н10Т. Исследована зависимость основных
температурных интервалов выхода газа из стали от
способа предварительной обработки образцов.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Изучение накопления, захвата и обратного выхо-
да дейтерия из нержавеющей стали выполнено ме-
тодом термоактивированной десорбции (ТД) [2].
Для исследований использовали образцы размера-
ми 27×7×0,1 мм из стали Х18Н10Т, предварительно
прошедшие аустенизирующий отжиг при температуре
1340 К в вакууме в течениe одного часа. Все образцы
полировались в электролите следующего состава:
54%Н3РО4, 11%Н2SO4, 21%H2O, 14%CrO3.
После отжига и электрополировки образцы были
разделены на пять партий (А,Б,В,Г,Д), которые
перед облучением обрабатывали следующими
способами:
− А – кратковременный отжиг до 1340 К в экспе-
риментальной камере;
− Б – в состоянии после электрополировки;
− В – кратковременный отжиг в камере до 1340 К,
затем выдержка при атмосферном давлении на
воздухе заданное время;
− Г – отжиг в экспериментальной камере при 590
и 790 К в атмосфере кислорода, напущенного в
камеру до давления Р=7⋅10-3 Па;
− Д – отжиг на воздухе при Т=890 К в течение 1…
2 мин перед помещением в камеру.
Образцы всех партий облучали ионами D2
+
с энергией 12 кэВ до доз в интервале (2…20)⋅1020 м-2
при температуре 300 К, контролируемой хромель-
алюмелевой термопарой. Отжиг образцов в интерва-
ле температур 300…1500 К вели со скоростью 4 К⋅с-
1. Давление остаточных газов в экспериментальной
камере составляло ~1⋅10-5 Па.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис.1 приведены спектры термодесорбции дей-
терия для образцов партии А и Б. Как видно из рисун-
ка, выход дейтерия из образцов партии А начинается
практически при температуре облучения. Спектр ТД
состоит из группы пиков с максимумом при Т=400 К.
Практически весь дейтерий (более 90%) выходит из
образца до температуры отжига 500 К.
400 600 800 1000 1200
0
20
40
60
80
БА D2
+ X18H10T
E = 12 кэВ
D = 5*1020 м-2
С
ко
р.
д
ес
.,
от
н.
е
д.
Температура, К
Рис.1. Спектры газовыделения дейтерия
из образцов партий А и Б
Газовыделение из неотожжённых образцов
(спектр Б) при температуре ∼500 К только начинает-
ся. В спектре наблюдаются два пика с температура-
ми максимумов при Т1=650 К и Т2=800 К. Заканчи-
вается газовыделение в области температур ~950 К.
Таким образом, при имплантации водорода в не
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. №3. 167
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (83), с. 167-169.
отожжённые в вакууме образцы стали Х18Н10Т по
сравнению с отожжёнными происходит смещение
температурных интервалов его выхода более чем на
200 К в область высоких температур, величина ин-
тервала при этом возрастает почти в 2 раза, а замет-
ное газовыделение наблюдается при Т>800 К.
Различия в спектрах ТД водорода из отожжён-
ных и неотожжённых образцов могут быть связаны
с отличающимися состояниями их поверхности. По-
видимому, вследствие взаимодействия стали с элек-
тролитом при полировке атмосферным воздухом в
процессе хранения образцов на их поверхности мог-
ли появиться загрязняющие примеси, окисные
пленки и т.п. [3], которые, как известно [4,5], пре-
пятствуют рекомбинации атомов дейтерия и удале-
нию образующихся молекул водорода. Отжиг в ва-
кууме может приводить к очищению стали от этих
примесей, значительно понижая энергетические ба-
рьеры десорбции газа. В рамках этого предположе-
ния были выполнены эксперименты с образцами
партии В, которые после отжига в вакууме экспони-
ровались различное время на воздухе при атмосфер-
ном давлении.
На рис.2 приведены спектры ТД дейтерия из об-
разцов, которые перед облучением были выдержаны
на атмосфере в течение 24 (см. рис.2,б) и 70 ч (см.
рис.2,в). На рис.2,а для сравнения приведен спектр
из образца партии А, т.е., со временем выдержки,
равным нулю. Необходимо отметить, что образцы
партии Б можно рассматривать как образцы, экспо-
нировавшиеся на воздухе в течение 1440 ч. Столько
времени прошло с момента очищающего их поверх-
ность аустенизирующего отжига при давлении оста-
точных газов не выше 3⋅10-4 Па.
0
20
40
60
80
400 600 800 1000 1200
0
20
40
60
80
0
20
40
60
80
100
120
140
С
ко
ро
ст
ь
де
со
рб
ци
и,
о
тн
ос
ит
ел
ьн
ы
е
ед
ин
иц
ы
Температура, К
б
а
в
В
А
В
D2
+ X18H10T
E = 12 кэВ
D = 5*1020 м-2
Рис.2. Температурные зависимости десорбции во-
дорода из отожжённых образцов непосредственно
после облучения (а), после экспозиции на воздухе при
атмосферном давлении в течение 24 ч (б) и экспо-
зиции в течение 70 ч (в)
Сравнение рис.1 и 2 показывает, что чем более
длительное воздействие на отожжённый материал
оказывает атмосфера, тем ближе спектр выхода из
него водорода к спектру ТД из неотожжённых об-
разцов. При этом с увеличением времени выдержки
группа пиков спектра, характерная для отожжённых
в вакууме образцов, монотонно убывает по интен-
сивности, одновременно с этим появляется и растет
группа пиков в высокой области температур, харак-
терная для образцов партии Б.
Полученные результаты позволяют заключить,
что различия между спектрами ТД из образцов пар-
тий А и Б обусловлены влиянием атмосферного воз-
духа. Одним из химически активных компонентов
воздуха является кислород. Естественно предполо-
жить, что он может оказывать влияние на эволюцию
температурных зависимостей выхода дейтерия из
стали.
На рис.3 показаны спектры термодесорбции дей-
терия из образцов партий Г и Д, окисленных перед
облучением в атмосфере кислорода (Р=7⋅103 Па) при
Т=590 К в течение 15 мин (см. рис.3,а), при Т=790 К
в течение 30мин (см. рис.3,б), а также на воздухе
при атмосферном давлении и Т=890 К в течение
1мин (см. рис.3,в).
0
20
40
60
80
400 600 800 1000 1200
0
20
40
60
80
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Д
С
ко
ро
ст
ь
де
со
рб
ци
и,
о
тн
ос
ит
ел
ьн
ы
е
ед
ин
иц
ы
Температура, К
б
в
а
Г
Г
D
2
+ X18H10T
E = 12 кэВ
D = 5*1020 м-2
Рис.3. Спектры ТД дейтерия из образцов окислен-
ных в атмосфере кислорода при Т=590 К в течение
15 мин (а), при Т=790 К в течение 30 мин (б), на
воздухе при атмосферном давлении при Т=890 К в
течение 1мин (в)
Однако, как можно видеть из рисунка, в спектрах
газовыделения дейтерия из всех окисленных образ-
цов присутствует не только высокотемпературная
группа пиков, характерная для неотожжённых об-
разцов, но и низкотемпературная, наблюдающаяся
только для отожжённого материала. По-видимому,
плёнка, образующаяся на поверхности стали
Х18Н10Т, является результатом комплексного воз-
168
действия кислорода и других газов атмосферы: во-
дяного пара, азота, углекислого газа и т.д. Её микро-
структура может отличаться от структуры окисной
плёнки. Кроме этого, возможно, что различия в
спектрах связаны с наличием в окисной плёнке угле-
водородов, появляющихся в результате электропо-
лировки.
Для расшифровки структуры плёнки и выясне-
ния того, какие её компоненты могут быть ответ-
ственны за подавление низкотемпературной стадии
газовыделения дейтерия из стали необходимы даль-
нейшие исследования.
Полученные данные о значительном сдвиге в об-
ласть высоких температур выхода водорода из стали
Х18Н10Т после отжига на воздухе могут иметь су-
щественное значение, с точки зрения разработки
технологии восстановительных отжигов, применяю-
щихся для продления срока эксплуатации ЯР [6].
ВЫВОДЫ
В результате исследования закономерностей тер-
моактивированного выхода ионно-имплантирован-
ного дейтерия из образцов нержавеющей стали
Х18Н10Т показано, что отжиг образцов непосред-
ственно перед облучением в экспериментальной ка-
мере при давлении остаточных газов на уровне 1⋅10–
4Па приводит к значительному смещению (на
~200 К) кривой газовыделения водорода в область
низких температур по сравнению с неотжигавшими-
ся образцами. Выдержка отожжённых образцов на
воздухе при атмосферном давлении приводит к по-
степенному восстановлению высокотемпературных
стадий выхода дейтерия.
ЛИТЕРАТУРА
1.R.A. Langley. Hydrogen trapping, diffusion and re-
combination in austenitic stainless steels
//J. Nucl. Mater. 1984, v. 128/129, p. 622–628.
2.P.A. Redhead. Thermal desorption of gases //Vacuum.
1962, v. 12, p. 203–12.
3.Окисление металлов /Под ред. Ж. Бенара. Т. 1. М.:
«Металлургия», 1968, 500 с.
4.A.I. Livshits, M.E. Notkin and A.A. Samartsev.
Physico-chemical origin of superpermeability – large-
scale effects of surface chemistry on “hot” hydrogen
permeation and absorption in metals //J. Nucl. Mater.
1990, v. 170, p. 79–4.
5.K. Yamaguchi, S. Tanaka, M. Yamawaki. The model-
ing of hydrogen transport in metals and its application
to evaluation of hydrogen permeation and inventories
//J. Nucl. Mater. 1991, v. 179, p. 325–28
6.А.Д. Амаев, А.М. Крюков, И.М. Неклюдов и др.
Радиационная повреждаемость и работоспособ-
ность конструкционных материалов /Под ред.
А.М.Паршина и П.А.Платонова. СПб.: «Политехни-
ка», 1997, 312 с.
ВПЛИВ СТАНУ ПОВЕРХНІ НА ТЕРМОДЕСОРБЦІЮ ДЕЙТЕРІЮ З СТАЛІ Х18Н10Т
В.В. Ружицький, С.О. Карпов, І.М. Неклюдов, Г.Д. Толстолуцька, В.І. Бендіков
Наведені результати дослідження термоактивованого виходу іонно-імплантованого дейтерію з нержавіючої сталі
Х18Н10Т в залежності від способу підготовки зразків перед опроміненням (короткочасний відпал, окислення, витримка
на повітрі).
INFLUENCE OF A CONDITION OF A SURFACE ON THERMODESORPTION OF DEUTERIUM
FROM STEEL Kh18Ni10Ti
V.V. Ruzhitskiy, S.A. Karpov, I.M. Neklyudov, G.D. Tolstolutskaya, V.I. Bendikov
Results of research of thermoactivated release of ion-implanted deuterium from stainless steel Kh18Ni10Тi are given depend-
ing on a mode of preparation of samples before an irradiation (short-term annealing, oxidation, exposure on air).
169
|