Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

Аунг Чжо Зо, аспирант

И. И. Чернов, проф., эл. почта: i_chernov@mail.ru

М. С. Стальцов, доцент

О. Н. Корчагин, аспирант

Б. А. Калин, проф., зав. каф. физических проблем материаловедения

С использованием просвечивающего электронного микроскопа и газоанализатора модели RHEN-602 изучены особенности развития микроструктуры ванадиевых сплавов и удержания водорода в них при последовательной ионной имплантации гелия и водорода, а также насыщении водородом в автоклаве без введения радиационных дефектов в зависимости от химического состава и концентрации легирующего элемента в ванадии (сплавы V – Ti, V – Ta, V – W). Установлено, что при обоих способах введения водорода в сплавах V – Ti минимальное количество удерживаемого водорода наблюдается при концентрации титана несколько десятых % (мас.). С увеличением концентрации Ti выше 1 % (мас.) количество удерживаемого водорода существенно возрастает. Легирование ванадия танталом и вольфрамом почти в два раза снижает количество удерживаемого сплавами водорода по сравнению с захватом его ванадием. При дооблучении ионами Н⁺ образцов, имплантированных ионами Не⁺ при 290 K, из гелий-вакансионных комплексов формируется высокая плотность мельчайших пузырьков. Облучение ионами Н⁺ образцов, имплантированных ионами Не⁺ при 920 K с образованием гелиевой пористости, приводит к радиационно-стимулированному растворению некоторых и росту других пузырьков в локальных объемах образцов. При этом последовательное введение гелия и водорода при образовании гелиевой пористости приводит к возрастанию количества удерживаемого водорода. Полученные в работе результаты могут быть полезны при разработке реакторных конструкционных ванадиевых сплавов, а также при оценке возможности водородного охрупчивания ванадиевых сплавов в процессе эксплуатации в реакторных условиях.

1. Ватулин А. В. Малоактивируемые конструкционные материалы для ядерной техники (ТВС ЯЭУ) // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2004. Вып. 1 (62). С. 26–41.
2. Люблинский И. Е., Вертков А. В., Евтихин В. А., Вотинов С. Н., Губкин И. Н., Карасев Ю. В., Дедюрин А. И., Боровицкая И. В., Калашников А. Н. Оптимизация легирования сплавов системы V – Ti – Cr // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 2005. Вып. 3. С. 70–78.
3. Иванов Л. И., Платов Ю. М. Радиационная физика металлов и ее приложения. — М. : Наука, 2002. — 300 с.
4. Блохин Д. А., Чернов В. М. Ядерное образование водорода и гелия в конструкционных материалах энергетических реакторов деления и термоядерного синтеза // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2008. Вып. 2 (71). С. 112–122.
5. Aoyagi K., Torres E. P., Suda T., Ohnuki S. Effect of hydrogen accumulation on mechanical property and microstructure of V – Cr – Ti alloys // J. of Nuclear Materials. 2000. Vol. 283–287. Р. 876–879.
6. Torres P., Aoyagi K., Suda T., Watanabe S., Ohnuki S. Hydride formation and fracture of vanadium alloys // J. of Nuclear Materials. 2002. Vol. 307–311. Р. 625–629.
7. Калин Б. А., Стальцов М. С., Чернов И. И. Малоактивируемые ванадиевые сплавы для ядерной и термоядерной энергетики: принципы легирования, радиационная стойкость, проблема гелия и водорода // Ядерная физика и инжиниринг. 2011. Т. 2, № 4. C. 320–344.
8. Chernov I. I., Staltsov M. S., Kalin B. A., Mezina O. S., Kyi Zin Oo, Chernov V. M. Mechanisms of helium porosity formation in vanadium alloys as a function of the chemical composition // Atomic Energy. 2011. Vol. 109, No. 3. P. 176–183.
9. Reed D. A review of recent theoretical developments in the understanding of migration of helium in metals and its interaction with lattice defects // Radiation Effects. 1977. Vol. 31, No. 3. P. 129–147.
10. Donnelly S. The density and pressure of helium in bubbles in implanted metals: a critical review // Radiation Effects. 1985. Vol. 90, No. 1/2. P. 1–47.
11. Chernov I. I., Kalin B. A., Kalashnikov A. N., Anan'in V. M. Behavior of ion implanted helium and structural changes in nickelbase alloys under long-time exposure at elevated temperatures // J. of Nuclear Materials. 1999. Vol. 271/272. P. 333–339.
12. Myers S. М., Besenbacher F., Bettiger J. Deuterium He-implanted Fe: trapping and the surface permeation barrier // Applied Physics Letters. 1981. Vol. 39. P. 450–452.
13. Anan’in V. M., Kalin B. A., Korchagin O. N., Staltsov M. S., Chernov I. I. Investigation of oxygen-titanium interaction in vanadium by internal friction method // Inorganic Materials: Applied Research. 2012. Vol. 3, Nо. 3. P. 243–247.
14. Рузинов Л. П., Гуляницкий Б. С. Равновесные превращения металлургических реакций : справочник. — М. : Металлургия, 1975. — 416 с.
15. Калин Б. А., Платонов П. А., Тузов Ю. В., Чернов И. И., Штромбах Я. И. Физическое материаловедение. Т. 6. Конструкционные материалы ядерной техники : уч. для вузов / под общ. ред. Б. А. Калина. — М. : Изд-во НИЯУ МИФИ, 2012. — 736 с.
16. Kim K.-B., Pyum S.-L. The effect of vacancies on hydrogen diffusivity and solubility in iron // Arch. Eisenhüttenw. 1982. Vol. 53, No. 10. P. 397–401.
17. Myers S. M., Follstatdt D. M., Besenbucher E. Trapping and surface permeation of deuterium in H⁺-implanted Fe // J. of Applied Physics. 1982. Vol. 53, No. 12. P. 8734–8744.
18. Городецкий А. Е., Захаров А. П., Шарапов В. М. Взаимодействие водорода с вакансионными дефектами в металлах // Журнал физической химии. 1980. Т. 54, № 11. С. 2874–2881.
19. Myers S. М., Picraux S. Т., Stoltz R. E. Hydrogen effects in metals // N. Y.: Met. Soc. AIME. 1981. Nо. 4. P. 87–95.