Исследование нейтронопоглощающих свойств покрытий Al + B4C и Al + B, формируемых методом холодного газодинамического напыления

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые представлены результаты сопоставления эффективности поглощения тепловых нейтронов композиционными покрытиями, нанесенными методом холодного газодинамического напыления из механоактивированных смесей порошков Al + B4C и Al + B на поверхность образцов из нержавеющей стали, и эталоном. Сравнение с эталоном, в качестве которого выступали пластины из бористой стали, показало, что полученные покрытия несколько уступают по эффективности поглощения нейтронов. Для оценки необходимой толщины покрытий предложен подход, основанный на обработке полученных экспериментальных данных, в частности, учитывающий зависимость сечения поглощения от пройденного потоком нейтронов расстояния. Также в результате проведенного анализа показано, что имеющаяся волнистость покрытия практически не оказывает влияния на его защитные свойства (коэффициент поглощения нейтронов).

Об авторах

В. Ф. Косарев

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: vkos@itam.nsc.ru
Россия, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1

С. В. Клинков

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: vkos@itam.nsc.ru
Россия, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1

В. С. Шикалов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: vkos@itam.nsc.ru
Россия, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1

А. Е. Чесноков

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vkos@itam.nsc.ru
Россия, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1

Список литературы

  1. Дмитриев В.П., Назаров В.Г., Тихонов В.П., Леушин И.О. Возможность применения гадолиния в нейтронопоглощающих коррозионно-стойких сталях и сплавах для перспективных конструкций атомной техники // Цветные металлы. 2015. № 10. С. 89–93.
  2. Baik Y., Choi Y., Moon B.M., Sohn D.S., Bogdanov S.G., and Pirogov A.N. Effect of Gadolinium Addition on the Corrosion, Wear, and Neutron Absorbing Behaviors of Duplex Stainless Steel Sheet // Phys. Met. Metal. 2015. V. 116. № 11. P. 1135–1142.
  3. Косников Г.А., Эльдарханов А.С., Калмыков А.В., Беспалов Э.Н. Сплавы с повышенными нейтронно-поглощающими свойствами // Литейщик России. 2017. № 7. С. 6–10.
  4. Юсупов В.C., Тютюнников С.И., Артюх В.А., Еник Т.Л., Зеленский В.А., Шаляпин В.Н., Фахуртдинов Р.С., Карпухин С.Д., Фролова Е.А., Белелюбский Б.Ф. Высоколегированный дисперсный алюминий: экспериментальная оценка его нейтронно-экранирующих свойств // Физика и химия обр. материалов. 2021. № 1. С. 67–72.
  5. Сериков С.В. Сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе алюминия. Патент РФ RU 2697675. 2019. Бюл. № 23.
  6. Клинков С.В., Косарев В.Ф., Шикалов В.С., Видюк Т.М. Оптимизация получения методом ХГН нейтронопоглощающих композитных (Al + B4C) покрытий // ПМТФ. 2022. №. 2. С. 117–128.
  7. Yandouzi M., Yandouzi M., Böttger A.J., Hendrikx R.W.A., Brochu M., Richer P., Charest A., Jodoin B. Microstructure and mechanical properties of B4C reinforced Al-based matrix composite coatings deposited by CGDS and PGDS process // Surf. Coat. Technol. 2010. V. 205. P. 2234–2246.
  8. Yandouzi M., Bu H., Brochu M., Jodoin B. Nanostructured Al-based metal matrix composite coating production by pulsed gas dynamic spraying process // J. Therm. Spray Technol. 2012. V. 21. P. 609–619.
  9. Huang G., Fu W., Ma L., Li X., Wang H. Cold spraying B4C particles reinforced aluminium coatings // Surf. Eng. 2019. V. 35. P. 772–783.
  10. Tariq N.H., Gyansah L., Wang J.Q., Qiu X., Feng B., Siddique M.T., Xiong T.Y. Cold spray additive manufacturing: a viable strategy to fabricate thick B4C/Al composite coatings for neutron shielding application // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 339. P. 224–236.
  11. Tariq N.H., Gyansah L., Qiu X., Du H., Wang J.Q., Feng B., Yan D.S., Xiong T.Y. Thermo-mechanical post-treatment: a strategic approach to improve microstructure and mechanical properties of cold spray additively manufactured composites // Mater. and Design. 2018. V. 156. P. 287–299.
  12. Tariq N.H., Gyansah L., Qiu X., Jia C., Awais H.B., Zheng C., Du H., Wang J., Xiong T. Achieving strength-ductility synergy in cold spray additively manufactured Al/B4C composites through a hybrid post-deposition treatment // J. Mater. Sci. Technol. 2019. V. 35. P. 1053–1063.
  13. Qiu X., Qi L., Tang J.-R., Tariq N. ul H., Wang J.-Q., Xiong T.-Y. A viable approach to repair neutron shielding B4C/6061 Al composite sheets through cold spray and hot rolling co-treatment // J. Mater. Sci. Technol. 2022. V. 106. P. 173–182.
  14. Yeom H., Sridharan K. Cold spray technology in nuclear energy applications: A review of recent advances // Annals of Nuclear Energy. 2021. V. 150. P. 107835.
  15. Чесноков А.Е., Смирнов А.В., Косарев В.Ф., Клинков С.В., Шикалов В.С. Свойства покрытий, полученных из механически обработанной борсодержащей смеси порошков методом холодного газодинамического напыления // Письма в ЖТФ. 2022. Т. 48. Вып. 13. С. 42–45.
  16. Machiels R., Lambert R. Handbook on Neutron Absorber Materials for Spent Nuclear Fuel Applications. Technical Report RPRI-TR-1019110. Electronic Power Research Inst. USA. 2009.
  17. Косарев В.Ф., Полухин А.А., Ряшин Н.С., Фомин В.М., Шикалов В.С. Влияние состава порошковой смеси на коэффициент напыления и свойства Ni + B4C покрытий ХГН // Механика твердого тела. 2017. № 4. С. 127–134.
  18. Shikalov V.S., Kosarev V.F., Vidyuk T.M., Klinkov S.V., Batraev I.S. Mechanical and tribological properties of cold sprayed composite Al–B4C coatings // AIP Conference Proceedings: 27 Conference on Numerical Methods for Solving Problems in the Theory of Elasticity and Plasticity, EPPS – 2021 (Krasnoyarsk, 5–9 July 2021). S.l.: AIP Publishing. 2021. V. 2448. № 1. P. 020021.

Дополнительные файлы