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://journal-vniispk.ru/1028-0960/article/view/137808
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023090108
EDN: https://elibrary.ru/ZMECNV
ID: 137808

Цитировать

Полный текст

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