Figuur 1. De nanohardheidswaarden van TiAlN-coatings voor en na bestraling. Krediet: TAI Pengfei
Onderzoekers van het Institute of Modern Physics (IMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben nieuwe resultaten verkregen over de nanohardheid en microstructuurevolutie van nanogestructureerde titanium-aluminium-nitride (TiAlN) coating onder bestraling. Resultaten zijn gepubliceerd in Oppervlakte- en coatingtechnologie.
Overgangsmetaalnitriden coatingmaterialen, vooral titaniumnitride (TiN) coatings, vertonen een hoge hardheid, chemische inertie, uitstekende slijtage en corrosieweerstand. Deze eigenschappen stellen hen in staat om te dienen als superieure beschermende coatings op kernreactorstructuurmaterialen. De extreme stralingsomgeving in kernreactoren kan echter hun eigenschappen veranderen en hun prestaties verminderen. Het is dus essentieel om onderzoek te doen naar de stralingsrespons van de coatingmaterialen.
Onderzoekers van IMP hebben de door straling veroorzaakte veranderingen in de eigenschappen van op TiN gebaseerde coatingmaterialen bestudeerd. Ze selecteerden TiAlN als een isostructuurmodelmateriaal om de door bestraling geïnduceerde nanohardheid en microstructuurevolutie te onderzoeken, en de relatie daartussen.
In het experiment werden de coatings afgezet op WFeNi-substraat via de kathodische boogionplateringsmethode, en de gemiddelde korrelgrootte van als afgezette coatings was ongeveer 10 nm. De nitride (N)-ionenbestralingsexperimenten van de verkregen TiAlN-coatings werden uitgevoerd op het 320 kV multidisciplinaire onderzoeksplatform met verschillende temperaturen en invloeden.
Figuur 2. Hoge resolutie transmissie-elektronenmicroscopiebeelden van als gedeponeerde coating (a), RT-2E16 (b) RT-4E16 (c), 300 oC-4E16 (d), 500 oC-4E16 (e) coatingmonsters. Krediet: TAI Pengfei
Volgens de onderzoekers is er geen amorfisatie of fasetransformatie waargenomen in elk van de bestraalde monsters, zelfs niet onder het schadeniveau van 10 dpa bij kamertemperatuur en hogere temperaturen, wat aangeeft dat de bereide TiAlN-coating een goede stralingsweerstand heeft.
Bovendien observeerden ze significante stralingsgeïnduceerde verzachting (RIS) effecten in alle bestraalde monsters. De RIS-effecten werden versterkt in monsters die bij kamertemperatuur waren bestraald in vergelijking met de monsters die bij hoge temperatuur waren bestraald. De onderzoekers observeerden een groot aantal N-bellen in alle bestraalde monsters en ontdekten dat de N-bellen langs korrelgrenzen verantwoordelijk zouden moeten zijn voor RIS-effecten in nanogestructureerde TiAlN-coating.
Pengfei Tai et al, Microstructuurevolutie en nanohardheid van nanogestructureerde TiAlN-coating onder N + ionenbestraling, Oppervlakte- en coatingtechnologie (2022). DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128494
Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen
