Исследование старения пересыщенного твердого раствора Fe-30Cr под облучением.

Метод атомно-зондовой томографии позволяет исследовать распад твердого раствора  на атомарном уровне, что позволяет видеть кластеры, обогащенные одним из элементов, когда они слишком малы для обнаружения их средствами микроскопии + позволяет видеть трехмерную модель матрицы и кластера.

Был проведен эксперимент по подбору параметров для исследования сплава Fe30Cr, полученного методом аргонно-дуговой плавки. Концентрации Cr и Fe — 29,12 и 70,36 масс.% соответственно. Результаты подбора мощности лазера приведены на рисунке 1, показано, что требуемая мощность лазера при температуре исследования 40 K составляет 4 нДж/имп.

Рисунок 1 — Подбор параметров исследования

 

После подбора параметров, подготовленные образцы были облучены на стенде облучения реакторных материалов (СОРМАТ), находящемся в ИТЭФе, ионами железа с энергией 150 кэВ, потоком в центре мишени \({5.3}\times 10^{15}\) и дозой 5 и 10 смещений на атом (сна).

При набранной дозе 5 сна обнаружено 8 кластеров, концентрация хрома в которых превышает 40 ат. %, что дает плотность кластеров порядка 10²⁴ м^-3, изображение кластеров показано на рисунке 2.

       10 нм

Рисунок 2 — Изображение кластеров при набранной дозе облучения 5 сна

 

Таблица 1 — Характеристики кластеров при набранной дозе облучения 5 сна

Rg, Å	Cr %	Fe %
78,27	41,86	50,99
7,40	42,52	48,59
6,18	44,13	52,65
14,67	64,59	30,15
4,44	17,94	76,8
6,82	52,94	47,06
4,81	47,2	45,11
5,60	47,6	52,4

 

 

     10 нм

Рисунок 3 — Изображение кластеров при набранной дозе облучения 10 сна

 

После облучения дозой 10 сна наблюдается снижение концентрации кластеров, обогащенных хромом, и снижается их размер, что показывает, что распад сплава, содержащего 30 атомных процентов хрома, происходит минимум в две стадии, как и в случае с ранее исследовавшимся термическим старением сплава Fe-22Cr. Характеристики кластеров приведены в таблице 2, изображение показано на рисунке 3. Плотность кластеров составляет примерно \(5,6\times10^{22}\)м-3

 

Таблица 2 — Характеристики кластеров при набранной дозе облучения 10 сна

Номер	Rg, Å	Cr %	Fe %	Номер	Rg, Å	Cr %	Fe %
1	6,57	43,24	55,82	10	3,56	57,14	38,1
2	5,61	41,24	56,90	11	6,13	40,68	59,32
3	4,72	50	23,81	12	4,37	40,41	53,71
4	4,16	45,45	54,55	13	3,58	40	60
5	5,77	54,06	45,94	14	4,01	43,08	56,92
6	5,40	45,45	54,55	15	3,52	61,36	38,64
7	5,73	34,62	65,38	16	7,63	50	50
8	3,81	45,45	54,55	17	6,12	41,2	58,8
9	7,19	43,33	56,67