Multilayer ZrO 2 /Cr Coating for Protection of E110 Zirconium Alloy from High-Temperature Oxidation

D. V. Sidelev; Сиделев Д. В.; S. E. Ruchkin; Ручкин С. Е.; M. S. Syrtanov; Сыртанов М. С.; A. V. Pirozhkov; Пирожков А. В.; P. N. Maximov; Максимов П. Н.

doi:10.31857/S1028096023090108

Многослойное покрытие ZrO₂/Cr для защиты циркониевого сплава Э110 от высокотемпературного окисления

Авторы: Сиделев Д.В.¹, Ручкин С.Е.¹, Сыртанов М.С.¹, Пирожков А.В.¹, Максимов П.Н.¹
Учреждения:
1. Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Выпуск: № 9 (2023)
Страницы: 25-29
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/1028-0960/article/view/137808
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023090108
EDN: https://elibrary.ru/ZMECNV
ID: 137808

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методом магнетронного распыления выполнено осаждение покрытий из хрома с многослойным барьерным слоем из чередующихся ZrO₂ и Cr с толщиной индивидуальных слоев 50 и 250 нм на подложки из циркониевого сплава Э110. Проведено изучение защитных свойств многослойного покрытия ZrO₂/Cr для циркониевого сплава Э110 в условиях высокотемпературного окисления на воздухе при температуре 1100°C в течение 10, 20, 30 и 40 мин. При длительных испытаниях на окисление обнаружена меньшая скорость изменения привеса образцов с ZrO₂/Cr покрытиями по отношению к образцам с Cr покрытием. Методом дифракции синхротронного излучения выполнено in situ исследование образцов при их линейном нагреве (50°С/мин) в диапазоне температур 25–1250°С и с последующей изотермической выдержкой в течении 20 мин в вакууме при давлении 10^–3 Па. Установлено замедление взаимной диффузии Cr–Zr на границе раздела защитного покрытия с многослойным барьерным слоем из чередующихся слоями ZrO₂ и Cr и циркониевого сплава. Это приводит к сохранению большего объемного содержания фазы α-Cr в покрытиях и, как результат, увеличению длительности защитного состояния циркониевого сплава Э110 в условиях атмосферного окисления.

Ключевые слова

высокотемпературное окисление, циркониевые сплавы, магнетронное распыление, многослойные покрытия, рентгенофазовый анализ, in situ дифракция, синхротронное излучение.

Список литературы

Brachet J.C., Rouesne E., Guilbert T. et al. // Corrosion Sci. 2020. V. 167. P. 108537. https://www.doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108537
Krejcí J., Kabatova J., Manoch F. et al. // Nucl. Engineer. Technol. 2020. V. 52. Iss. 3. P. 597. https://www.doi.org/10.1016/j.net.2019.08.015
Park J.H., Kim H.-G., Park J. et al. // Surf. Coat. Technol. 2015. V. 280. P. 256. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.09.022
Chen H., Wang X., Zhang R. // Coatings. 2020. V. 10. № 9. P. 808. https://www.doi.org/10.3390/coatings100908085
Tang C., Stueber M., Seifert H.J., Steinbrueck M. // Corrosion Rev. 2017. V. 35. P. 141. https://www.doi.org/10.1515/corrrev-2017-0010
Isaev R.Sh., Safonov D.A., Dzhumaev P.S., Korenevskiy E.L. // Tsvetnye Metally. 2022. V. 10. P. 27. https://www.doi.org/10.17580/tsm.2022.10.04
Yang J., Stegmaier U., Tang C. et al. // J. Nucl. Mater. 2021. V. 547. P. 152806. https://www.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.152806
Wang Y., Zhou W., Wen Q. et al. // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 344. P. 141. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.03.016
Brachet J.C., Idarraga-Trujillo I., Le Flem M. et al. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 517. P. 268. https://www.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.02.018
Xu C., Wang X., Zhouet Q. et al. // Mater. Character. 2023. V. 197. № 112701, https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.112701
Wang X., Liao Y., Xu Ch. et al. // J. Al. Comp. 2021. V. 883. P. 160798. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160798
Wang X., Guan H., Liaoet Y. et al. // Corros. Sci. 2021. V. 187. P. 109494. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109494
Musil J. // RSC Advances. 2015. Iss. 74. P. 60482. https://www.doi.org/10.1039/C5RA09586G
Kuprin A.S., Belous V.A., Voyevodin V.N. et al. // J. Nucl. Mater. 2015. V. 465. P. 400. https://www.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.06.016
Meng C., Yang L., Wu Y. et al. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 515. P. 354. https://www.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.01.006
Sidelev D.V., Ruchkin S.E., Syrtanov M.S. et al. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 433. P. 128131. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128131
Xiang Y., Liu Ch., Li Zh. et al. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 429. P. 127947. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127947
Sidelev D.V., Syrtanov M.S., Ruchkin S.E. et al. // Coatings. 2021. V. 11. № 2. P. 227. https://www.doi.org/10.3390/coatings11020227
Pechin W.H., Williams D.E., Larsen W.L. // ASM Trans. 1964. V. 57. P. 464.
Kashkarov E.B., Sidelev D.V., Pushilina N.S. et al. // Corrosion Sci. 2022. V. 203. P. 110359. https://www.doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110359