Skip to content

Окислительное поведение в циркониевых сплавах (NanoSIMS)

Investigating oxidation in zirconium alloys with NanoSIMS
NanoSIMS использовали для изучения механизмов окисления в ситуации, когда материалы с коммерчески низким содержанием олова ZIRLO™1 и Zircaloy 4 подвергаются воздействию коррозии. Сплавы Zr окислялись в течение различного времени (34 дня, 80 дней и 160 дней) в автоклаве для имитации условий ядерного реактора с водой под давлением (чистая вода (+ Li, B) при 360°С и 18 МПа). Затем добавили изотопные метки 18O и 2H еще на дополнительные 20 дней для выявления активных участков окисления с помощью NanoSIMS-визуализации поперечных сечений вблизи поверхности.

Результаты:
Опосредованные пористостью переходы между режимами коррозии происходят при критических толщинах оксида. Гидриды присутствовали во всех образцах, даже в случае малого времени окисления. Были получены убедительные доказательства для различных характерных распределений 18O до и после кинетических переходов; и такое поведение было связано с развитием пористости в оксиде, которая позволяет корродирующей среде локально проникать через границу металл/оксид.

Представленные выше изображения: ZIRLO с низким содержанием олова — распределение гидридов с использованием дейтериевой метки. Изображения слияния цветов показывают относительное расположение сигналов 18O (красный), 16O (синий) и 2H (зеленый). Гидриды (обозначены зеленым цветом) находятся ниже границы металл/оксид, но в оксидном слое было обнаружено небольшое количество дейтерия.
(A) 34 + 20 дней: защитный оксид (обозначен синим цветом) присутствует везде, блокируя проникновение 18О-воды (обозначена красным цветом),
(B) 80 + 20 дней: слишком толстый, потрескавшийся, исходный оксид (обозначен синим цветом) больше не защищает и позволяет 18O-воде (обозначена красным цветом) достигать металла и окислять его,
(C) 160 + 20 дней: этот новый компактный защитный слой (нижний синий) предотвращает окисление 18O-водой.

В этом исследовании проиллюстрированы три важных преимущества NanoSIMS:
  • NanoSIMS позволяет перемещаться и визуализировать большие области образца по сравнению с ПЭМ или атомным зондом, что дает более репрезентативный обзор образца.
  • NanoSIMS позволяет наносить на карту легкие элементы, такие как бор и дейтерий (2H), даже в малых концентрациях.
  • NanoSIMS позволяет использовать стабильные изотопы (D, 13C, 18O, 15N,…), чтобы следить за химическими реакциями в твердых телах.
Источник: An investigation of the oxidation behaviour of zirconium alloys using isotopic tracers and high resolution SIMS. Шон С. Ярдли (Sean S. Yardley), Кэти Л. Мур (Katie L. Moore), На Ни Янг Фей Вей (Na Ni Jang Fei Wei), Стюарт Лион (Stuart Lyon), Майкл Пройс (Michael Preuss), Серхио Лозано-Перес (Sergio Lozano-Perez), Крис Р. М. Гровенор (Chris R. M. Grovenor). Journal of Nuclear Materials 443 (2013) 436–443.