Investigation of the influence of ion-plasma treatment on mechanical properties of zirconium alloy Zr1Nb

В. А. Білоус Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
П. M. В’югов Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
О. С. Купрін Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
С. О. Леонов Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
Г. І. Носов Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
В. Д. Овчаренко Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
Л. С. Ожигов Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
О. Г. Руденко Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
В. І. Савченко Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
Г. М. Толмачова Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
В. М. Хороших Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

Keywords: ion-plasma coatings, ion implantation, zirconium alloys, mechanical properties, tensile test

Abstract

The paper presents the results of the effect of ion-plasma treatment (IPT), which includes ion-plasma deposition of coatings and ion implantation. The mechanical properties of the segments of zirconium alloy Zr1Nb tubes after IPT were studied. Were obtained by single-layer (TiN), multilayer (Ti + TiN)x, (Zr + ZrN)x, and multicomponent nanostructured TiAlN, TiAlSiN, TiAlYN coatings. A series of samples was implanted by ions Zr+, Mo+, N2+ and O2+. After IPT, the samples were tested in tension. Deposition of ion-plasma coatings increases the tensile strength σB from 12 to 21% at 350 °C, and the yield strength σ0,2 remains unchanged. After ion implantation significantly increased (to 16%) yield strength σ0,2. It is shown that the investigated coatings thickness of about 5 microns have high hardness (45 GPa), and after IPT the hardness and elastic modulus are increased.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

В. А. Білоус, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

П. M. В’югов, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

О. С. Купрін, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

С. О. Леонов, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

Г. І. Носов, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

В. Д. Овчаренко, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

Л. С. Ожигов, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

О. Г. Руденко, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

В. І. Савченко, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

Г. М. Толмачова, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

В. М. Хороших, Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”

с.н.с.

References

Солонин М.И., Решетников Ф.Г., Иолтуховвский А.Г., Никулина А.В. Новые конструкционные материалы активных зон ядерных энергетических установок//ФизХОМ. – 2001.– № 4. – С. 17-27.

Baеck J.H., Park K.B., Jeong Y.H. Oxidation kinetics of zircaloy-4 and Zr-1 Nb-1Sn-0,1Fe of temperature of 700 – 1200°//Journ. of Nucl. Mat. – 2004. – Vol. 340, No. 3. – P.443-456.

Park J.Y., Choi B.K., Jeоng Y.H., Jung Y.H. Corrosion behavior of Zr alloys with a high Nb content//Journ. of Nucl. Mat. – 2005. – Vol. 335, No. 2-3. – P.237-246.

Peng D.Q., Bai X.D., Pan F., Sun H., Chen B.S. Surface analysis of Zircaloy-2 implanted with carbon before and after oxidation in air at 500°C //Materials Characterization. – 2006. – Vol. 56, Issue 2. – P. 112-120.

Белоус В.А., Карасева Е.В., Носов Г.И., Соколенко В.И., Хороших В.М., Толмачева Г.Н. Влияние имплантации ионов Al+, Mo+, Zr+ на механические свойства циркониевого сплава Zr1Nb//Сб. тр. LI Междунар. конф. “Актуальные проблемы прочности” (Харьков, Украина). – 2011. – С.73.

Sung J.H., Kim T.H., Kim S.S. Fretting damage of TiN coated zircaloy-4 tube//Wear. – 2001. – Vol. 250, Issues 1-12. – P. 658-664.

Белоус В.А., Леонов С.А., Носов Г.И., Хороших В.М., Ломино Н.С., Толмачева Г .Н., Бровина М.А., Ермоленко И.Г. Модификация поверхности сплава Э110 осаждением многослойных Zr/ZrN покрытий и ионным облучением//Физическая инженерия поверхности. – 2009. – T. 7, № 1-2. – С.76-81.

Аксёнов И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. – 212 с. 9. Латишенко В.А.. Диагностика жесткости и прочности материалов. – Рига.: Зинатне, 1968. – 319 с.

Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твёрдых тел. – М.: Металлургия, 1971. – 264 с. 11. Панин В.Е., Сергеев В.П., Панин А.В., Почивалов Ю.И. Наноструктурирование поверхностных слоёв и нанесение наноструктурных покрытий – эффективный способ упрочнения современных конструкционных и инструментальных материалов//Физика металлов и металловедение. – 2007. – Т. 104, № 6.– С. 650-660.

Перлович Ю.А., Исаенкова М.Г., Грехов М., Крымская О.А., Польский В.И. Изменение текстуры и структуры в объеме оболочечных труб из Zr-сплавов при поверностной ионноплазменной обработке//Тр. ХIX междунар. конф. по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта). – 2010. – С. 125-126.

Левенец В.В., Омельник А.П., Щур А.А., Белоус В.А., Носов Г.И. Применение реакции 27Al(p, g)28Si для исследования градиентных материалов на основе циркония//Физика и xимия обработки материалов. – 2007. – № 2. – С. 12-16.