Surface morphology and sputtering of FeCrAl coating on steel exposed to low-energy deuterium plasmas

Processes of sputtering and surface modification of FeCrAl coatings deposited on steel by vacuum arc was studied under the influence of low-energy (500 eV) deuterium plasma with fluence (4⋅10²⁴) D+/m² at room temperature. It was determined the composition of coatings by an energy dispersive X-ray spectrometer allowed to establish that the elements in the coatings are distributed more evenly when it coated in a nitrogen atmosphere. Results of erosion studies indicated that the sputtering yields for deuterium on coatings are 1.3…0.45 at./ion and at least two-three times less in comparison with initial alloys and published data for pure iron and chromium. For coatings deposited in a nitrogen atmosphere found that the obtained sputtering coefficients are almost an order of magnitude smaller in comparison with published data for pure iron and chromium and only 1.8 times higher compared to tungsten.Процеси напилення і модифікації поверхні покриттів FeCrAl, нанесених на сталь вакуумною дугою, вивчали під впливом низькоенергетичної (500 еВ) плазми дейтерію з флюенсом (4⋅10²⁴) D+/m² при кімнатній температурі. Було визначено склад покриттів за допомогою енергодисперсійного рентгенівського спектрометра: це дозволило встановити, що елементи в покритті розподіляються більш рівномірно при нанесенні покриття в атмосфері азоту. Результати ерозійних досліджень показали, що коефіцієнти розпилення дейтерію на покриттях становлять 1,3…0,45 ат./іон і, як мінімум, в два-три рази менші в порівнянні з вихідними сплавами і опублікованими даними для чистого заліза і хрому. Для покриттів, нанесених в атмосфері азоту, встановлено, що отримані коефіцієнти розпилення майже на порядок менші в порівнянні з опублікованими даними для чистого заліза і хрому та лише в 1,8 рази вищі в порівнянні з вольфрамом.Процессы напыления и модификации поверхности покрытий FeCrAl, нанесенных на сталь вакуумной дугой, изучали под воздействием низкоэнергетической (500 эВ) плазмы дейтерия с флюенсом (4⋅10²⁴) D+/m² при комнатной температуре. Был определен состав покрытий с помощью энергодисперсионного рентгеновского спектрометра: это позволило установить, что элементы в покрытии распределяются более равномерно при нанесении покрытия в атмосфере азота. Результаты эрозионных исследований показали, что коэффициенты распыления дейтерием покрытий составляют 1,3…0,45 ат./ион и, как минимум, в два-три раза меньше по сравнению с исходными сплавами и опубликованными данными для чистого железа и хрома. Для покрытий, нанесенных в атмосфере азота, установлено, что полученные коэффициенты распыления почти на порядок меньше по сравнению с опубликованными данными для чистого железа и хрома и лишь в 1,8 раза выше по сравнению с вольфрамом

Blistering of W, Ta and W-Ta coatings under the influence of particles of low-energy hydrogen plazma

The surface topography and deuterium retention in W, Ta and W-Ta coatings under the influence of low-energy deuterium plasma was studied. It was observed formation of blisters as dome and burst or delaminated structures. The W-Ta coatings showed improved characteristics: smaller sizes and density of blisters and a significantly lower thickness of the delaminated layer.Вивчено зміну топографії поверхонь покриттів W, Ta і W-Ta і вміст дейтерію під дією частинок низькоенергетичної водневої плазми. Спостерігалося утворення блістерів куполоподібної форми, відшарування та лущення. Покриття W-Ta показали поліпшені характеристики: менші розміри і знижену густину блістерів і значно меншу товщину відшарованого шару.Изучены изменение топографии поверхности покрытий W, Ta и W-Ta и накопление дейтерия под действием частиц низкоэнергетической дейтериевой плазмы. Наблюдалось образование блистеров куполообразной формы, отслаивание и шелушение. Покрытия W-Ta показали улучшенные характеристики: меньшие размеры и плотность блистеров и значительно уменьшенную толщину отслаиваемого слоя

Deposition of TiN-based coatings using vacuum arc plasma in increased negative substrate bias voltage

The paper presents the results of the study on the influence of a high substrate bias voltage from 300 up to 1300 V on the titanium nitride coating deposition under nitrogen pressure of 2 Pa. The deposition rate, phase and chemical composition, adhesion and mechanical properties of coatings, macroparticle number and size distribution were investigated.Представлені результати дослідження впливу високої напруги зсуву підкладки від 300 до 1300 В на осадження покриттів нітриду титану при тиску азоту 2 Па. Вивчені швидкість осадження, фазовий і хімічний склад, адгезія і механічні властивості покриттів, кількість і розподіл за розмірами макрочасток.Представлены результаты исследования влияния высокого напряжения смещения подложки от 300 до 1300 В на осаждение покрытий нитрида титана при давлении азота 2 Па. Изучены скорость осаждения, фазовый и химический составы, адгезия и механические свойства покрытий, количество и распределение по размерам макрочастиц

Structure and properties of coatings based on FeCrAl and Cr18Ni10T

The process of vacuum-arc deposition of protective coatings from multicomponent FeCrAl cathodes and 18Cr10NiT stainless steel onto fragments of Zr1Nb alloy claddings has been developed. The influence of the reaction atmosphere (vacuum, nitrogen, oxygen) during the deposition of coatings on their structure, mechanical and corrosion properties is investigated. Coatings deposited in vacuum from the Cr18Ni10T cathode have the best set of mechanical properties and corrosion resistance; whereas coatings based on FeCrAl require composition optimization. It has been established that coatings deposited from FeCrAl and stainless steel cathodes with a thickness of 20 μm significantly increase oxidation resistance and prevent the destruction of fuel cladding under exposure to air at 1150 ℃ for 1 h.Розроблено процес вакуумно-дугового нанесення захисних покриттів з багатокомпонентних катодів FeCrAl і нержавіючої сталі Х18Н10Т на фрагменти твельних оболонок зі сплаву Zr1Nb. Досліджено вплив реакційної атмосфери (вакууму, азоту, кисню) під час осадження покриттів на їх структуру, механічні та корозійні властивості. Найкращим комплексом механічних властивостей та корозійною стійкістю володіють покриття, осаджені у вакуумі з катоду Х18Н10Т, а покриття на основі FeCrAl вимагають оптимізації складу. Встановлено, що захисні покриття, осаджені з катодів типу фехраль та нержавіючої сталі товщиною 20 мкм, суттєво підвищують стійкість до окислення та запобігають руйнуванню оболонок твелів в умовах витримки в повітрі при температурі 1150 ℃ впродовж 1 год.Разработан процесс вакуумно-дугового нанесения защитных покрытий из многокомпонентных катодов FeCrAl и нержавеющей стали Х18Н10Т на фрагменты твэльных оболочек из сплава Zr1Nb. Исследованo влияние реакционной атмосферы (вакуума, азота, кислорода) при осаждении покрытий на их структуру, механические и коррозионные свойства. Лучшим комплексом механических свойств и коррозионной стойкостью обладают покрытия, осажденные в вакууме из катода Х18Н10Т, а покрытия на основе FeCrAl требуют оптимизации состава. Установлено, что покрытия, осажденные из катодов типа фехраль и нержавеющей стали толщиной 20 мкм, существенно повышают устойчивость к окислению и предотвращают разрушение оболочек твэлов в условиях выдержки в воздухе при температуре 1150 ℃ в течение 1 ч

Structure and properties of FeCr, CrAl and FeCrAl coatings deposited by cathodic arc evaporation

Protective coatings with different compositions of Fe, Cr, and Al were deposited by cathodic arc evaporation method on fragments of Zr1Nb alloy fuel claddings. The influence of the composition and structural state of the developed coatings on their physical and mechanical properties (microhardness, resistance to corrosion and cavitation and abrasive wear) has been studied. It is shown that the optimal combination of mechanical properties and high resistance to oxidation from a series of studied coatings FeCr, FeCrAl, and CrAl have coatings of the FeCrAl system with a concentration of Cr ⁓ 22 at.% and Al ⁓ 14.3 at.%. It was found that protective coatings such as FeCr, FeCrAl, and CrAl with a thickness of ⁓ 12 μm significantly increase the resistance to oxidation and prevent the destruction of fuel claddings under oxidation in air at a temperature of 1150 °C for 1 h.Вакуумно-дуговим методом нанесені захисні покриття різного складу з катодів Fe, Cr, Al та CrAl на фрагменти твельних оболонок зі сплаву Zr-1%Nb. Досліджені структурні особливості, механічні та корозійні властивості осаджених покриттів. Встановлено вплив складу та структури розроблених покриттів на їх фізико-механічні властивості (мікротвердість, стійкість до корозії та кавітаційного і абразивного зносу). Показано, що оптимальним поєднанням механічних властивостей і високою стійкістю до окислення з серії досліджених покриттів: FeCr, FeCrAl та CrAl, мають покриття системи FeCrAl з концентрацією Cr ⁓ 22 ат.% та Al ⁓ 14,3 ат.%. Встановлено, що захисні покриття типу фехраль FeCrAl та CrAl товщиною ⁓ 12 мкм суттєво підвищують стійкість до окислення та запобігають руйнуванню оболонок твелів в умовах окислення на повітрі при температурі 1150 °С впродовж 1 год.Вакуумно-дуговым способом нанесены покрытия различного состава из катодов Fe, Cr, Al и CrAl на фрагменты твэльных оболочек из сплава Zr-1%Nb. Исследованы структурные особенности, механические и коррозионные свойства осажденных покрытий. Установлено влияние состава и структуры разработанных покрытий на их физико-механические свойства (микротвердость, устойчивость к коррозии и абразивному, и кавитационному воздействию). Показано, что оптимальным сочетанием механических свойств и высокой стойкостью к окислению из серии исследованных покрытий: FeCr, FeCrAl и CrAl, имеют покрытия системы FeCrAl с концентрацией Cr ⁓ 22 ат.% и Al ⁓ 14,3 ат.%. Установлено, что покрытия типа фехраль FeCrAl и CrAl толщиной ⁓ 12 мкм существенно повышают устойчивость к окислению и предотвращают разрушение оболочек твэлов в условиях окисления на воздухе при температуре 1150 °С в течение 1 ч

Radiation resistance of Ti—20Zr alloy in microcrystalline and nanocrystalline state

In this work we studied structure of Ti—20Zr alloy in recrystallized and nanocrystalline conditions before and after irradiation by Zr³⁺ ions with energy 1.8 MeV to 80 dpa at 500° C. By transmission electron microscopy methods it was showed that irradiation of the alloy in the recrystallized state induced formation of c type dislocation loops, which are common characteristic of accelerated radiation-growth of the materials with hcp lattice. Irradiation of the nanostructured material leads to an isotropic increase in the grain size (from 49 nm to 146 nm); the signs of accelerated radiation-growth were not detected