Главная » 2014»Июль»19 » Скачать Модифицирование и повреждение материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы. Якушин, Владимир Леонидович бесплатно
00:28
Скачать Модифицирование и повреждение материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы. Якушин, Владимир Леонидович бесплатно
Модифицирование и повреждение материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы
Диссертация
Автор: Якушин, Владимир Леонидович
Название: Модифицирование и повреждение материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы
Справка: Якушин, Владимир Леонидович. Модифицирование и повреждение материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы : диссертация доктора физико-математических наук : 01.04.07 Москва, 2006 357 c. : 71 07-1/205
Объем: 357 стр.
Информация: Москва, 2006
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
Глава
I Методы модифицирования приповерхностных слоев материалов с использованием концентрированных потоков энергии (краткий обзор)
11 Роль поверхности в обеспечении работоспособности изделий и традиционные способы ее обработки
12 Осповные процессы взаимодействия концентрированных потоков энергии с твердым телом, методы модифицирования поверхностных слоев
13 Структурно-фазовые изменения металлов и сплавов при обработке потоками импульсной плазмы
14 Модифицирование физико-механических свойств материалов при воздействии потоками плазмы
15 Выводы
Глава
II Материалы, условия облучения и методы исследования
21 Исследованные материалы
211 Коррозионно-стойкие стали и никелевые сплавы
212 Углеродистые и низколегированные стали
213 Сплавы па оспове ванадия
214 Экранные материалы первой стенки ТЯР
22 Условия обработки потоками импульсной плазмы
221 Импульсный плазменный ускоритель МК-
222 Импульсная плазменная установка «Десна-М»
23 Условия облучения ионами гелия и аргона
24 Экспериментальные методы исследования структурно-фазового состояния
25 Измерение механических характеристик материалов
26 Термодесорбция и водородопроницаемость
27 Онределение коэффициентов эрозии и распыления
Глава
III Структурно-фазовое [ние металлических материалов, обработанных потоки„х сокотемпературной импульсной плазмы
31 Оценка температурно-силовых полей, возникающих в материалах при воздействии потоками импульсной плазмы
32 Топография поверхности и структура модифицированных материалов
321 Топография поверхности облученных образцов
322 Металлографические исследования поперечной структуры сталей
33 Электронно-микроскопические исследования структуры модифицированных слоев
331 Тонкая структура приповерхностных слоев
332 Послойный электронно-микроскопический анализ микроструктуры
333 Влияние кристаллографической ориентации исходного зерна на упорядоченную структуру
4 Механизмы образования упорядоченной структуры
341 Формирование структуры при режимах обработки с плавлением
342 Расчет параметров гексагональной ячеистой структуры для сплавов системы Ni С
343 Образование структуры при обработке без плавления
35 Рентгеновские исследования модифицированных сталей
351 Структурно-фазовое состояние сталей
352 Рентгеноструктурные исследования тонкостенных труб
36 Выводы
Глава
IV Механические свойства материалов, модифицированных плазменной обработкой
41 Поверхностное упрочнение металлов и сплавов
411 Изменение микротвердости поверхности
412 Распределение микротвердости по глубине мишени
42 Трибологические характеристики
43 Изменение прочностных характеристик
44 Эффект дальнодействия при воздействии импульсными потоками плазмы
45 Выводы
Глава
V Поверхностное легирование металлов с использованием потоков импульсной плазмы
51 Основы метода поверхностного жидкофазного легирования
52 Основные закономерности поверхностного легирования углеродистых сталей
53 Поверхностное легирование тонкостенных труб
54 Выводы
Глава
VI Влияния предварительной плазменной обработки на коррозию и эрозию при ионном облучении
61 Повышение коррозионной стойкости труб из стали ЭП823 в жидком свинце путем плазменной обработки
62 Коррозия конструкционных сталей при взаимодействии с имитаторами продуктов деления
63 Влияние плазменной обработки на коррозию сплавов циркония
64 Коррозионная стойкость модифицированных сталей при испытаниях методом AM
65 Влияние плазменной обработки на радиационный блистеринг
66 Физическое распыление модифицированных материалов
67 Выводы
Глава
I Исследование эрозии и повреждаемости различных материалов нри облучении потоками импульсной плазмы
71 Повреждение материалов в условиях воздействия, имитирующего ожидаемые срывы плазмы в ТЯР (краткий обзор)
711 Основные требования к материалам, обращенным к плазме
712 Кандидатные материалы первой стенки
713 Поведение кандидатных материалов в условиях, имитирующих срывы плазмы
72 Повреждаемость и эрозия конструкционных материалов при облучении потоками импульсной водородной плазмы
721 Коррозионно-стойкие стали, сплавы на основе никеля, алюминия и тугоплавких металлов
722 Сплавы на основе ванадия
723 Металлические материалы с покрытиями
73 Эрозия экранных материалов первой стенки ТЯР
731 Углеродные конструкционные материалы
732 Композитный сплав на основе вольфрама
733 Интерметаллидные сплавы системы Ti-AI-V
74 Влияние имплантированного гелия на эрозию при воздействии потоками плазмы
75 Захват и проницаемость изотопов водорода в металлах, облученных потоками плазмы
76 Выводы ОСНОВНЫЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение:
Актуальность темы. Исследование влияния воздействия потоками высокотемпературной импульсной плазмы (ВТИП) на материалы, помимо изучения фундаментальных физических явлений, представляет значительный интерес в связи с двумя направлениями исследований, проводимых в настоящее время: разработкой физико-химических основ экологически чистых технологий модифицирования материалов нри обработке концентрированными потоками энергии (КПЭ); использованием потоков ВТИП для имитации срывов плазмы, ожидаемых в термоядерных реакторах типа токамак. Одним из нриоритетных направлений физики твердого тела является разработка физических основ и способов повышения эксплуатационных характеристик различных материалов. Как известно [1-3], эффективность, долговечность и надежность деталей и узлов систем и механизмов в значительной степени определяются их поверхпостными свойствами. Учитывая это, разработка методов модифицирования поверхностных слоев материалов и изделий является актуальной задачей для развития новых современных технологий. Среди таких технологий весьма перспективными и щироко используемыми в промыщленно-развитых странах являются методы обработки поверхпости концентрированными нотоками энергии и ионной имплантации [2-26]. Выполненные в последпие два десятилетия исследования показали [15,25, 27], что среди нетрадиционных методов обработки металлических материалов для целенаправленного изменения их структурнофазового состояния и физико-механических свойств весьма эффективным является применение потоков высокотемпературной импульсной газовой плазмы, являющихся одним из видов концентрированных потоков энергии. Воздействие потоками ВТИП на металлические материалы нриводит к созданию приповерхностных слоев с модифицированным структурно-фазовым состоянием, в том числе и неравновесным, имеющих, как правило, высокие физико-мехапические и физикохимические свойства: микротвердость, изьюсостойкость, прочностные характеристики, эрозионную и коррозионную стойкость и другие. При этом обработка потоками ВТИП обладает рядом преимуществ не только в сравнении с традиционными технологическими процессами термомеханической и химико-термической обработок, но и с воздействием других видов концентрированных потоков энергии, к числу которых относятся лазерное излучение, сильноточные электронные и мощные ионные пучки и другие. Основными преимуществами дапного метода в сравнении с другими нетрадиционными технологиями обработки являются [25,28,29]: одновременное использование рабочего вещества плазмы как средства для нагрева и легирования приповерхностных слоев материала; возможность финишной обработки относительно больших (до 0,15 м) площадей поверхности или готовых изделий за короткий промежуток времени (один или несколько импульсов длительностью от 3-5 до 100 мкс); возможность одновременной всесторонней обработки поверхности изделий цилиндрической формы; относительно высокая микрооднородность структуры, состава и свойств обработанной поверхности. В качестве основных недостатков следует отметить высокую наукоемкость разрабатываемой технологии, недостаточную изученность процессов, происходящих при взаимодействии потоков импульсной плазмы с твердым телом, в сравнении с другими методами, а также трудности в управлении потоком плазмы в имеющихся в настоящее время ускорителях. К началу выполнения данной работы были проведены лишь отдельные исследования [30-35] по изучению влияния воздействия потоками ВТИП на изменения микроструктуры, микротвердости и коррозионной стойкости некоторых материалов. Однако для создания технологий обработки серийных изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы необходимо проведение комплексных научных исследований для выявления закономерностей изменений структурно-фазового состояния материалов и создания физических основ технологий, определяющих требуемые физико-механические и эксплуатационные свойства и, в конечном счете, ресурс изделий. Другим важным в научном и практическом значении направлением изучения взаимодействия потоков высокотемпературной импульсной плазмы с твердым телом является исследование закономерностей эрозии материалов энергонапряженных конструкций и, в частности, перспективных материалов первой стенки разрабатываемых термоядерных реакторов (ТЯР) типа токамак в условиях, имитирующих ожидаемые срывы тока плазмы. Осуществление управляемой термоядерной реакции один из перспективных путей решения энергетических проблем человечества. В термоядерных реакторах типа токамак компонентами конструкции, контактирующими с плазмой, являются первая стенка, лимитер и дивертор. Материалы этих конструкций будут работать в жестких условиях термоциклических нагрузок, обусловленных цикличностью режима горения плазмы, подвергаться интенсивному воздействию ионов изотопов водорода и гелия, а также расныленньк атомов материалов компонентов конструкции, контактирующими с плазмой, с непрерывным энергетическим спектром в широком интервале энергий [36,37]. Следует особо отметить, что для реакторов с магнитным удержанием плазмы, работающих в циклическом режиме, характерным видом воздействия на материалы первой стенки, лимитера и дивертора будут срывы плазмы, достигающие по удельной мощности до 10 МВт/см при длительности воздействия от 0,1 до 3 мс, что может вызвать сильные локальные онлавления поверхности, кипение, испарение (сублимацию) и растрескивание материала. Такие виды повреждений помимо загрязнения плазмы примесями, в конечном итоге, могут привести к ухудшению экснлуатационных свойств и даже выходу узлов реактора из строя. Поэтому выбор материалов для компонентов конструкции рабочей камеры и исследование их радиационной эрозии, в том числе в условиях, имитирующих ожидаемые срывы плазмы, являются актуальными и важными задачами при разработке различных нроектов и концепций ТЯР. К моменту начала выполнения данной работы в литературе практически отсутствовали экспериментальные результаты по изучению эрозии перспективных материалов первой стенки термоядерных реакторов в условиях воздействия, имитирующего ожидаемые срывы плазмы, за исключением нескольких публикаций [30, 38-40], поэтому нами исследовался довольно щирокий круг конструкционных и экранных материалов. К тому же, жесткость условий работы, недостаток данных о свойствах материалов и, особенно, их поведении в рабочих условиях, различные варианты конструкций первой стенки ТЯР также обьясняют рассмотрение большого количества видов конструкционных и экранньк материалов. Поскольку выбранные на сегодняшний день материалы первой стенки международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР коррозионно-стойкая сталь SS316LN, Be, W и углеграфитовые композиты обладают целым рядом недостатков, окончательный выбор материалов, контактирующих с плазмой для термоядерных реакторов второго поколения (ДЕМО и др.) еще не сделан и исследования в этом направлении весьма актуальны. Таким образом, актуальность темы настоящей работы в научном плане определяется развитием нового научного нанравления модифицирование металлических материалов потоками высокотемнературной импульсной газовой плазмы, выявлением основных механизмов и закономерностей изменения структурно-фазового состояния и разработкой физических основ технологий обработки, а в нрактическом отношении установлением основных закономерностей изменения эксплуатационных свойств различных функциональных материалов и изделий при обработке потоками импульсной плазмы и эрозии перспективных материалов первой стенки ТЯР в условиях, имитирующих ожидаемые срывы тока плазмы.Подтверждение актуальности работы. Актуальность данной работы нодтверждается тем, что исследования выполнялись в рамках Государственных научно-технических программ «Технологии, машины и производства будущего», «Управляемый термоядерный синтез и плазменные процессы»; Федеральных целевых программ «Интеграция науки и высшего образования России», «Национальная технологическая база»
