Модифицирование и повреждение материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы

• Автор: Якушин, Владимир Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 357 с. : ил.

ГЛАВА 1. Методы модифицирования приповерхностных слоев материалов

с использованием концентрированных потоков энергии (краткий обзор)

1.1. Роль поверхности в обеспечении работоспособности изделий и традиционные способы ее обработки

1.2. Основные процессы взаимодействия концентрированных потоков энергии

с твердым телом, методы модифицирования поверхностных слоев

1.3 Структурно-фазовые изменения металлов и сплавов при обработке

потоками импульсной плазмы

1.4. Модифицирование физико-механических свойств материалов при воздействии потоками плазмы
1.5. Выводы

ГЛАВА 2. Материалы, условия облучения и методы исследования

2.1. Исследованные материалы

2.1.1. Коррозионно-стойкие стали и никелевые сплавы
2.1.2. Углеродистые и низколегированные стали
2.1.3. Сплавы на основе ванадия
2.1.4. Экранные материалы первой стенки ТЯР
2.2. Условия обработки потоками импульсной плазмы
2.2.1. Импульсный плазменный ускоритель МК
2.2.2. Импульсная плазменная установка «Десна-М»
2.3. Условия облучения ионами гелия и аргона
2.4. Экспериментальные методы исследования
структурно-фазового состояния
2.5. Измерение механических характеристик материалов
2.6. Термодесорбция и водородопроницаемость
2.7. Определение коэффициентов эрозии и распыления
ГЛАВА 3. Структурно-фазовое состояние металлических материалов,
обработанных потоками высокотемпературной импульсной плазмы
3.1. Оценка температурно-силовых полей, возникающих в материалах
при воздействии потоками импульсной плазмы
3.2. Топография поверхности и структура модифицированных материалов
3.2.1. Топография поверхности облученных образцов
3.2.2. Металлографические исследования поперечной структуры сталей
3.3. Электронно-микроскопические исследования структуры
модифицированных слоев
3.3.1. Тонкая структура приповерхностных слоев
3.3.2. Послойный электронно-микроскопический анализ микроструктуры
3.3.3. Влияние кристаллографической ориентации исходного зерна
на упорядоченную структуру

3.4. Механизмы образования упорядоченной структуры
3.4.1. Формирование структуры при режимах обработки
с плавлением
3.4.2. Расчет параметров гексагональной ячеистой структуры
для сплавов системы № - С
3.4.3. Образование структуры при обработке без плавления
3.5. Рентгеновские исследования модифицированных сталей
3.5.1. Структурно-фазовое состояние сталей
3.5.2. Рентгеноструктурные исследования тонкостенных труб
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. Механические свойства материалов, модифицированных
плазменной обработкой
4.1. Поверхностное упрочнение металлов и сплавов
4.1.1. Изменение микротвердости поверхности
4.1.2. Распределение микротвердости по глубине мишени
4.2. Трибологические характеристики
4.3. Изменение прочностных характеристик
4.4. Эффект дальнодействия при воздействии импульсными потоками плазмы
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. Поверхностное легирование металлов с использованием потоков
импульсной плазмы
5.1. Основы метода поверхностного жидкофазного легирования
5.2. Основные закономерности поверхностного легирования
углеродистых сталей
5.3. Поверхностное легирование тонкостенных труб
5.4. Выводы
ГЛАВА 6. Влияния предварительной плазменной обработки на коррозию
и эрозию при ионном облучении
6.1. Повышение коррозионной стойкости труб из стали ЭП823
в жидком свинце путем плазменной обработки
6.2. Коррозия конструкционных сталей при взаимодействии
с имитаторами продуктов деления
6.3. Влияние плазменной обработки на коррозию сплавов циркония
6.4. Коррозионная стойкость модифицированных сталей при испытаниях методом АМ
6.5. Влияние плазменной обработки на радиационный блистеринг
6.6. Физическое распыление модифицированных материалов
6.7. Выводы

ГЛАВА 7. Исследование эрозии и повреждаемости различных материалов при
облучении потоками импульсной плазмы
7.1. Повреждение материалов в условиях воздействия, имитирующего
ожидаемые срывы плазмы в ТЯР (краткий обзор)
7.1.1. Основные требования к материалам, обращенным к плазме
7.1.2. Кандидатные материалы первой стенки
7.1.3. Поведение кандидатных материалов в условиях,
имитирующих срывы плазмы
7.2. Повреждаемость и эрозия конструкционных материалов при облучении
потоками импульсной водородной плазмы
7.2.1. Коррозионно-стойкие стали, сплавы на основе никеля, алюминия
и тугоплавких металлов
7.2.2. Сплавы на основе ванадия
7.2.3. Металлические материалы с покрытиями
7.3. Эрозия экранных материалов первой стенки ТЯР
7.3.1. Углеродные конструкционные материалы
7.3.2. Композитный сплав на основе вольфрама
7.3.3. Интерметаллидные сплавы системы Ті-АІ-У
7.4. Влияние имплантированного гелия на эрозию при воздействии
потоками плазмы
7.5. Захват и проницаемость изотопов водорода в металлах,
облученных потоками плазмы
7.6. Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

исходит разряд, рабочий газ ионизируется и под действием электродинамического ускорения выталкивается из зазора электродов. Для транспортировки ускоренного потока плазмы к месту установки облучаемых образцов применялся цилиндрический плазмопровод, представляющий собой металлическую трубу-лайнер (6) диаметром 0,3 м, изготовленную из коррозионно-стойкой стали. Изоляция плазмы от взаимодействия со стенками осуществлялась с помощью внешних соленоидов (9), создающих внутри лайнера продольное магнитное поле.
Плотность и скорость потока плазмы определяли с помощью набора различных методик. В частности, скорость компонентов потока измерялась диамагнитными зондами, а плотность плазмы определялась с помощью интерферометра Маха-Цендера (7). Качественный состав плазмы устанавливали с помощью масс-спектрометра, а количество поглощаемой мишенью тепловой энергии - калориметрическим способом.
Измеренная температура ионов (Д) составляла порядка нескольких десятков элек-тронвольт, что позволяет считать плазму полностью ионизованной. Диагностический анализ показал, что плазменные потоки имели сложную структуру, а их параметры существенно менялись в осевом и радиальном направлениях. Каждый поток плазмы состоял из головной и хвостовой частей, содержащих в себе примерно половину суммарной энергии потока. Головная часть потока состояла из быстрых ионов и электронов, максимальная скорость которых во фронте потока достигала до ~ 5-105 м/с. Типичные распределения параметров плазменного потока в радиальном и осевом (в зависимости от длительности потока) направлениях представлены на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Распределение основных параметров (см. табл. 2.5) потока плазмы в радиальном (а) и осевом (б) направлениях
Как видно на рис. 2.2, плотность частиц плазмы увеличивается в хвостовой части потока (для / > 10 мкс) почти на порядок, а их скорость падает более чем на порядок. Во фронте потока плазмы плотность частиц более или менее равномерно распределена в ра-