Plasma Spraying of Silicide Coatings to Protect Zirconium Alloys from Oxidation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The work is devoted to an experimental study of the possibilities of applying a protective silicide coating on an alloy based on zirconium (E110) by atmospheric plasma spraying. Coatings based on the binary eutectic Mo5Si3 + MoSi2 were deposited on the surface of E110 alloy sheet. The features of the structure and phase composition of the coatings after deposition and their evolution as a result of isothermal annealing at a temperature of 1300°C are studied. Upon rapid cooling of silicide particles during coating, nonequilibrium phases are formed. As a result of annealing, the phase composition changes, which corresponds to the phase diagram. The kinetics of diffusion interaction between the coating and the base material has been studied. The possibility of successfully protecting a zirconium alloy from oxidation at 1100°C in air by complex deposition of a coating of molybdenum silicides has been shown for the first time. The minimum radius of curvature of the surface of the protected samples was about 1 mm.

About the authors

I. B. Gnesin

Institute of Solid State Physics RAS

Author for correspondence.
Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

D. V. Prokhorov

Institute of Solid State Physics RAS

Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

N. I. Gnesina

Institute of Solid State Physics RAS

Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

A. N. Nekrasov

Institute of Experimental Mineralogy RAS

Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

B. A. Gnesin

Institute of Solid State Physics RAS

Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

V. I. Vnukov

Institute of Solid State Physics RAS

Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

M. I. Karpov

Institute of Solid State Physics RAS

Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

I. S. Zheltyakova

Institute of Solid State Physics RAS

Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

T. S. Stroganova

Institute of Solid State Physics RAS

Email: ibgnesin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

References

  1. Разработка, производство эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Кн. 1. / Ред. Решетников Ф.Г. М.: Энергоатомиздат, 1995. 320 с.
  2. The Fukushima Daiichi Accident. Vienna. IAEA, 2015. 1254 p.
  3. Corey G.R // IAEA Bull. 1979. V. 21. № 5. P. 54.
  4. Accident Tolerant Fuel Concepts for Light Water Reactors. Vienna. IAEA-TECDOC-1797, 2016. 384 p.
  5. Maier B., Yeom H., Johnson G., Dabney T., Walters J., Romero J., Shah H., Xu P., Sridharan K. // JOM. 2018. V. 70. P. 198. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2643-9
  6. Gigax J.G., Kennas M., Kim H., Maier B.R., Yeom H., Johnson G.O., Sridharan K., Shao L. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 519. P. 57. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.03.004
  7. Dabney T., Johnson G., Yeom H., Maier B., Walters J., Sridharan K. // Nucl. Mater. Energy. 2019. V. 21. 100715. https://doi.org/10.1016/j.nme.2019.100715
  8. Maier B.R., Garcia-Diaz B.L., Hauch B., Olson L.C., Sindelar R.L., Sridharan K. // J. Nucl. Mater. 2015. V. 466. P. 712. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.06.028
  9. Yeom H., Hauch B., Cao G., Garcia-Diaz B., Martinez-Rodriguez M., Colon-Mercado H., Olson L., Sridharan K. // Thin Solid Films. 2016. V. 615. P. 202. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.07.024
  10. Imtyazuddin M., Mir A.H., Tunes M.A., Vishnyakov V.M. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 526. 151742. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.151742
  11. Kim M., Noh H., Lee G.C., Yeom H., Kim T.K., Kim J.M., Kim T.H., Jo H., Park H.S., Sridharan K., Kim M.H. // Appl. Thermal Engin. 2022. V. 207. P. 118164. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118164
  12. Yang J., Steinbrück M., Tang C., Große M., Liu J., Zhang J., Yun D., Wang S. // J. Alloys Compd. 2022. V. 895. P. 162450. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162450
  13. Wang W., Zhang G., Wang C., Wang T., Zhang Y., Xin T. // J. Alloys Compd. 2023. V. 946. P. 169385. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169385
  14. Fazi A., Sattari M., Stiller K., Andrén H.-O., Thuvander M. // J. Nucl. Mater. 2023. V. 576. P. 154268. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2023.154268
  15. Kane K., Bell S., Capps N., Garrison B., Shapovalov K., Jacobsen G., Deck C., Graening T., Koyanagi T., Massey C. // J. Nucl. Mater. 2023. V. 574. P. 154152. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.154152
  16. Syrtanov M., Kashkarov E., Abdulmenova A., Gusev K., Sidelev D. // Coatings. 2023. V. 13. № 1. P. 191. https://doi.org/10.3390/coatings13010191
  17. Yang J., Steinbrück M., Tang C., Große M., Liu J., Zhang J., Yun D., Wang S. // J. Alloys Compd. 2022. V. 895. P. 162450. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162450
  18. Yang J., Stegmaier U., Tang C., Steinbrück M., Große M., Wang S., Seifert H.J. // J. Nucl. Mater. 2021. V. 547. P. 152806. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.152806
  19. Sidelev D.V., Poltronieri C., Bestetti M., Krinitcyn M.G., Grudinin V.A., Kashkarov E.B. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 433. P. 128134. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128134
  20. Nelson A.T., Sooby E.S., Kim Y.-J., Cheng B., Maloy S.A. // J. Nucl. Mater. 2014. V. 448. Iss. 1–3. P. 441. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.10.043
  21. Sooby Wood E., Parker S.S., Nelson A.T., Maloy S.A. // J. Am. Ceram. Soc. 2016. V. 99. P. 1412. https://doi.org/10.1111/jace.14120
  22. Гнесин И.Б., Гнесин Б.А., Некрасов А.Н., Прохоров Д.В., Гнесина Н.И., Карпов М.И., Желтякова И.С. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2022. № 1. С. 63. https://doi.org/10.31857/S1028096022010058
  23. Gnesin I.B., Gnesin B.A., Nekrasov A.N., Prokhorov D.V., Gnesina N.I., Karpov M.I., Vershinin N.F., Kuznetsov S.V., Vnukov V.I., Zheltyakova I.S. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2023. V. 17. № 1. P. 281. https://doi.org/10.1134/S1027451023010445
  24. Sen Y., Mingrun W., Tao G., Wenjin L. // Key Engin. Mater. 2008. V. 373–374. P. 304.
  25. Minasyan T., Ivanov R., Toyserkani E., Hussainova I. // J. Alloys Compd. 2021. V. 884. P. 161034. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161034
  26. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sytchenko A.D., Sviridova T.A., Sidorenko D.A., Andreev N.V., Klechkovskaya V.V., Polčak J., Levashov E.A. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 442. P. 128141. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128141
  27. Nomura N., Suzuki T., Yoshimi K., Hanada S. // Intermetallics. 2003. V. 11. Iss. 7. P. 735. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(03)00069-4
  28. Fei X., Niu Y., Ji H., Huang L., Zheng X. // Ceram. Int. 2011. V. 37. Iss. 3. P. 813. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.10.018
  29. Sun J., Fu Q.-G., Li T., Zhang G.-P., Yuan R.-M. // J. Alloys Compd. 2019. V. 776. P. 712. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.309
  30. Gnesin I., Gnesin B., Nekrasov A. // J. Alloys Compd. 2018. V. 767. P. 803. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.193
  31. Sakidja R., Park J.S., Hamann J., Perepezko J.H. // Scripta Materialia. 2005. V. 53. Iss. 6. P. 723. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.05.015
  32. Гнесина Н.И., Гнесин И.Б., Прохоров Д.В., Гнесин Б.А., Карпов М.И., Внуков В.И., Желтякова И.С., Строганова Т.С. // Сб. тр. 12-й Междунар. конф. “Фазовые превращения и прочность кристаллов”. Черноголовка, 24–27 октября 2022. С. 32.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (936KB)
4.

Download (3MB)
5.

Download (3MB)
6.

Download (27KB)
7.

Download (260KB)
8.

Download (1MB)

Copyright (c) 2023 И.Б. Гнесин, Д.В. Прохоров, Н.И. Гнесина, А.Н. Некрасов, Б.А. Гнесин, В.И. Внуков, М.И. Карпов, И.С. Желтякова, Т.С. Строганова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».