Вакуумно-дуговые хромовые покрытия для защиты сплава Zr-1Nb от высокотемпературного окисления на воздухе

Abstract

Изучено влияние вакуумно-дуговых покрытий из Cr на стойкость сплава Э110 к окислению на воздухе при температурах 1020 и 1100 °С в течение 3600 с. Методами сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и наноиндентирования исследованы: толщина, структура, фазовый состав, механические свойства покрытий и оксидных слоёв. Показано, что покрытие из хрома служит эффективной защитой твэльных трубок от высокотемпературного окисления на воздухе в течение часа. В покрытии при окислении (Т = 1100 °С) формируется оксид Cr₂O₃ толщиной ~ 5 мкм, который препятствует дальнейшему проникновению кислорода под покрытие, форма трубок сохраняется. Трубки без покрытия при этих испытаниях окисляются с образованием пористого моноклинного оксида ZrО₂, толщина которого ≥ 250 мкм, образцы деформируются, происходит растрескивание и отслоение оксидного слоя.

Вивчено вплив вакуумно-дугових покриттів із Cr на стійкість сплаву Е110 до окислення на повітрі при температурах 1020 та 1100 °С протягом 3600 с. Методами скануючої електронної мікроскопії, рентгеноструктурного аналізу та наноіндентування досліджені товщина, структура, фазовий склад, механічні властивості покриттів та оксидних шарів. Показано, що покриття з хрому слугують ефективним захистом твельних трубок від високотемпературного окислення на повітрі протягом години. В покриттях при окисленні (Т = 1100 °С) формується оксид Cr₂O₃ товщиною ~ 5 мкм, який перешкоджає подальшому проникненню кисню під покриття, форма трубок зберігається. Трубки без покриття при цих випробуваннях окисляються з формуванням пористого моноклінного оксиду ZrО₂, товщина якого ≥ 250 мкм, зразки деформуються, виникає розтріскування та відшарування оксидного шару.

The effect of vacuum-arc Cr coatings on the alloy E110 resistance to the oxidation in air at temperatures 1020 and 1100 °С for 3600 s has been investigated. The methods of scanning electron microscope, X-ray analysis and nanoindentation were used to determine the thickness, phase, mechanical properties of coatings and oxide layers. The results show that the chromium coating can effectively protect fuel tubes against high-temperature oxidation in air for one hour. In the coating during oxidation at T = 1100 °С a Cr₂O₃ oxide layer of 5 μm thickness is formed preventing further oxygen penetration into the coating, and thus the tube shape is conserved. Under similar test conditions the oxidation of uncoated tubes with formation of a porous monocline oxide of ZrО₂ of a thickness more than ≥ 250 μm is observed, then the deformation and cracking of samples occur and the oxide layer breaks away.