Смачиваемость нержавеющей стали 12Х18Н9Т жидким околоэвтектическим сплавом олово–литий

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

Аннотация

В работе методом большой лежащей капли на образцах высокой чистоты с использованием автоматизированной экспериментальной установки измерены температурные зависимости краевых углов смачиваемости θ(Т) поверхности нержавеющей стали 12Х18Н9Т сплавом лития на основе олова состава Sn + 15 ат. % Li. Установлено наличие пороговой температуры смачивания, равное около 1050 К, при которой углы смачивания начинают резко уменьшаться, достигая почти нулевых значений. По результатам анализа полученных результатов предполагается, что пороговые температуры смачиваемости на зависимостях θ(Т) в основном обусловлены началом процессов заметного взаимодействия и растворения легирующих элементов в стали 12Х18Н9Т с компонентами сплава – жидкими оловом и литием.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

Б. Алчагиров

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: boris@alchagirov.ru
Ресей, Нальчик

О. Канаметова

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова

Email: kyasova16@mail.ru
Ресей, Нальчик

В. Лесев

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова

Email: boris@alchagirov.ru
Ресей, Нальчик

Р. Дадашев

Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова РАН

Email: boris@alchagirov.ru
Ресей, Нальчик

Ф. Дышекова

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова

Email: boris@alchagirov.ru
Ресей, Нальчик

Әдебиет тізімі

  1. Красин В.П., Союстова С.И. Термодинамические параметры сплавов литий–олово, важные с точки зрения их использования в токамаках // ТВТ. 2019. Т. 57. № 2. С. 212.
  2. Weeks J.R. Lead, Bismuth, Tin, and Their Alloys as Nuclear Coolants // Nucl. Eng. Des. 1971. V. 15. P. 363.
  3. Теплофизические свойства материалов ядерной техники: Учеб. спр. пособ. / Под ред. Кириллова П.Л. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ИздАт, 2007. 200 с.
  4. Fütterer M.A., Aiello G., Barbier F., Giancarli L., Poitevin Y., Sardain P., Szczepanski J., Li Puma A., Ruvutuso G., Vella G. On the Use of Tin–Lithium Alloys as Breeder Material for Blankets of Fusion Power Plants // J. Nucl. Mater. 2000. V. 283. P. 1375.
  5. Loureiro J.P.S., Tabares F.L., Fernandes H., Silva C., Gomes R., Alves E., Mateus R., Pereira T., Alves H., Figueiredo H. Behavior of Liquid Li–Sn Alloy as Plasma Facing Material on ISTTOK // Fusion Eng. Des. 2017. V. 117. Р. 208.
  6. Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. Анализ смачивания как эффективный метод изучения характеристик покрытий, поверхностей и происходящих на них процессов (Обзор) // Заводская лаборатория. (Диагностика материалов). 2010. Т. 76. № 9. С. 27.
  7. Vertkov A., Lyublinski I., Zharkov M., Mazzitelli G., Apicella M.L., Iafrati M. Liquid Tin Limiter for FTU Tokamak // Fusion Eng. Design. 2017. V. 117. P. 130.
  8. Красин В.П., Союстова С.И. Термодинамическая оценка стабильности металлических и керамических материалов в бинарном расплаве Sn–20% Li // ТВТ. 2020. Т. 58. № 3. С. 365.
  9. Sharafat S., Ghoniem N. Summary of Thermo-physical Properties of Sn, and Compounds of Sn–H, Sn–O, Sn–C, Sn–Li, and Sn–Si and Comparison of Properties of Sn, Sn–Li, Li, and Pb–Li // APEX Study University of California, Los Angeles. UCLA-UCMEP-00-31 Report, 2000. 57 p.
  10. Anderl R.A., Jenson D.D., Kessinger G.F. Vaporization Properties of the Sn–25 at. % Li Alloy // J. Nuclear Mater. 2002. V. 307. P. 739.
  11. Kondo M., Ishii M., Muroga T. Corrosion of Steels in Molten Gallium (Ga), Tin (Sn), and Tin Lithium Alloy (Sn–20Li) // Fusion Eng. Design. 2015. V. 98. P. 2003.
  12. Вертков А.В., Люблинский И.Е. Опыт разработки жидкометаллических элементов, обращенных к плазме стационарного токамака (Обзор) // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2017. Т. 40. № 3. С. 5.
  13. De Castro A., Moynihan C., Stemmley S., Szott M., Andruczyk D., Ruzic D.N. Exploration of Sn70Li30 Alloy as Possible Material for Flowing Liquid Metal Plasma Facing Components // Nucl. Mater. Energy. 2020. V. 25. P. 100829.
  14. Tazhibayeva I., Ponkratov Y., Lyublinsky I., Gordienko Y., Vertkov A., Tulubayev Y., Orazgaliyev N. Study of Liquid Tin–Lithium Alloy Interaction with Structural Materials of Fusion Reactor at High Temperatures // Nucl. Mater. Energy. 2022. V. 30. Р. 101.
  15. Meng X., Zuo G., Sun Zh., Xu W., Huang M., Xu Ch., Qian Y., Hu W., Hu J.S., Deng H.Q. Совместимость молибдена, вольфрама и нержавеющей стали 304 с жидким литием в высоком вакууме // Физика плазмы. 2018. Т. 44. № 7. С. 579.
  16. Yang J.C., Qi T.Y., Liu B.Q., Ni M.J. Experimental Study on Liquid Metal Film Flows Related with Nuclear Fusion Engineering // 5th Int. Symp. Liquid Metals for Fusion. Moscow, Russia. September, 2017. P. 57.
  17. Drelich J.W., Boinovich L., Chibowski E., Volpe C.D., Hołysz L., Marmur A., Siboni S. Contact Angles: History of over 200 Years of Open Questions // Surface Innovations. 2019. V. 8. № 1–2. P. 3.
  18. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 232 с.
  19. Емельяненко А.М. Смачиваемость межфазных границ как индикатор их свойств и состояния // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2008. Т. 44. № 5. С. 453.
  20. Yin F., Su X., Li Z., Wang J. Thermodynamic Assessment of the Li–Sn (Lithium–Tin) System // J. Alloys Compounds. 2005. V. 393(1). Р. 105.
  21. Алчагиров Б.Б., Дышекова Ф.Ф., Коков З.А., Кясова О.Х., Таова Т.М., Бесланеева З.О., Хоконов Х.Б. Экспериментальная установка для изучения смачиваемости жидкометаллическими расплавами поверхностей твердых тел // Изв. РАН. Серия физическая. 2017. Т. 81. № 5. С. 703.
  22. Bastasz R., Whaley J.A. Surface Composition of Liquid Metals and Alloys // Fusion Eng. Design. 2004. V. 72. № 1–3. P. 111.
  23. Furukawa T., Hirakawa Ya., Kondo H., Kanemura T., Wakai Ei. Chemical Reaction of Lithium with Room Temperature Atmosphere of Various Humidities // Fusion Eng. Design. 2015. V. 98. P. 2138.
  24. Ашхотов О.Г., Магкоев Т.Т., Ашхотова И.Б. Исследование влияния облучения ионами азота на состояние поверхности лития // Физика твердого тела. 2023. Т. 65. Вып. 3. С. 513.
  25. Ricci E., Novacovich R., Ratto M., Arato E. Surface Properties of Molten Metal – Oxygen Systems: Theoretical Tools // Transactions JWRI, Osaka: Osaka University, 2001. V. 30. Spec. Iss. P. 179.
  26. Каплун А.Б. О причинах аномалий физических свойств металлических расплавов. // Изв. вузов: Черная металлургия. 1985. № 7. С. 30.
  27. Дадашев Р.Х. Термодинамика поверхностных явлений. М.: Физматлит, 2007. 280 с.
  28. Алчагиров Б.Б., Хоконов Х.Б., Чочаева А.М. Расчеты адсорбции компонентов, состава и толщины поверхностных слоев бинарных металлических растворов. Нальчик: КБГУ, 2004. 58 с.
  29. Люблинский И.Е., Вертков А.В., Евтихин В.А. Физико-химические основы использования лития в жидкометаллических системах термоядерного реактора // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2007. № 4. С. 13.
  30. Алчагиров Б.Б., Гонов С.Ж., Дадашев Р.Х., Калажоков Х.Х., Дышекова Ф.Ф. Получение и измерение вакуума. Грозный–Нальчик: Изд-во ЧГУ, 2015. 127 с.
  31. Ибрагимов Х.И., Корольков В.А. Работа выхода электрона в физико-химических исследованиях расплавов и твердых фаз на металлической основе. М.: Металлургия, 1995. 272 с.
  32. Алчагиров Б.Б., Шнитко Г.Н., Архестов Р.Х., Куршев О.И. Температурная зависимость РВЭ лития // Физика и технология поверхности. Нальчик: КБГУ, 1990. С. 117.
  33. Алчагиров Б.Б., Афаунова Л.Х., Дышекова Ф.Ф., Архестов Р.Х. Работа выхода электрона лития. Состояние исследований // ЖТФ. 2015. Т. 85. Вып. 2. С. 135.
  34. Прохоренко С.В. Структура и физические свойства околоэвтектических литиевых расплавов. Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Львов: ЛГУ им. И. Франко, 1996. 18 с.
  35. Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение // Тезисы докл. XV конф., Нижний Новгород, 26–29 мая 2015 / Под ред. Чурбанова М.Ф. Н. Новгород, 2015. 208 с.
  36. Чунтонов К.А., Орлов А.Н. Методические аспекты смешения сплавов, содержащих щелочные металлы // Высокочистые вещества. 1989. № 2. С. 100.
  37. Natesan K., Ruther W.E. Fabrication and Properties of a Tin–Lithium Alloy // J. Nuclear Mater. 2002. V. 307. P. 743.
  38. Ампульное устройство для получения образцов сплава олово–литий. KZ. (Kазахстан). № 6918 (G01N1/31 (2006.01), G01N1/38 (2006.01)). Бюллетень № 9, 04.03.2022.
  39. Баум Б.А., Тягунов Г.В., Барышев Е.Е., Цепелев В.С. Равновесные и неравновесные состояния металлических расплавов // Фундаментальные исследования физикохимии металлических расплавов. М.: ИКЦ Академкнига, 2002. 469 с.
  40. Третьякова Е.Е. Поверхностное натяжение микронеоднородных расплавов // Физические свойства металлов и сплавов. Межвуз. сб. Екатеринбург: УПИ, 1991. Вып. 7. С. 99.
  41. Сумм Б.Д. Гистерезис смачивания // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 7. С. 98.
  42. Protsenko P., Terlain A., Jeymond M., Eustathopoulos N. Wetting of Fe–7.5% Cr Steel by Molten Pb and Pb–17Li // J. Nuclear Mater. 2002. V. 307. Р. 1396.
  43. Prozenko P., Terlain A., Traskine V., Eustathopoulos N. The Role of Intermetallics in Wetting in Metallic Systems // Sсr. Mater. 2001. V. 45. Р. 1439.
  44. Проценко П.В. Смачивание поверхности и границ зерен тугоплавких металлов легкоплавкими расплавами. Автореф. дис. … канд. хим. наук. М.: МГУ, 2002. 24 с.
  45. Eustathopoulos N., Nicholas M., Drevet B. Wettability at High Temperatures // Pergamon Materials Series. Oxford: Elsevier, 1999. Р. 187.
  46. Pashechko M., Vasyliv C. Solubility of Metals in Low-melting Melts // Zeitschrifi für Metallkunde. 1997. Bd. 88. Hf 6. S. 484.
  47. Jeppson D.W., Ballif J.L., Yuan W.W., Chou B.E. Lithium Literature Review: Lithium’s Properties and Interactions. Hanford Engineering Development Lab., 1978. 116 p.
  48. Progress in Surface Membrane Science / Eds. Cadenhead D.A., Danielli J.F. V. 14. N.Y.: Acad. Press, 1981. P. 353.
  49. Найдич Ю.В., Журавлев В.С. О методике определения степени смачивания твердых тел металлическими расплавами // Адгезия расплавов: сб. науч. тр. / Под ред. Еременко В.Н., Найдич Ю.В. Киев: Наукова думка, 1974. С. 32.
  50. Heib F. Statistische Kontaktwinkelanalysen mit der High-precision Drop Shape Analysis (HPDSA): Grundlegende Prinzipien und Anwendungen. Dissertation zur Erlangung des Grades des Doktors der Naturwissenschaften der Naturwissenschaftlich. Saarbrücken, 2016. 240 s.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Temperature dependences of the signal intensity from oxygen (1) on the surface of a 99.9% pure Li sample and from the surface of lithium (2), obtained by the method of low-energy ion-reflection spectroscopy (probing beam of He+ with an energy of 500 eV) [22].

Жүктеу (71KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Experimental setup for studying the contact angles θ(T) of solid surfaces by liquid metal melts: 1 - massive table; 2 - steel plate for vacuum bell jar 3; 4-6 - flat optical windows; 7 - water-cooled "jacket"; 8 - high-temperature furnace; 9 - tantalum heater; 10 - height-adjustable furnace legs; 11 - 12X18N9T steel substrate; 12 - B-630 cathetometer for substrate adjustment; 13 - filling hopper; 14 - capillary; 15 - sample of the alloy under study (Sn85Li15); 16 - shutter rod; 17 - rod tip; 18 - metal rod in an evacuated glass "jacket"; 19 - electromagnet; 20 – video image of the studied lying drop of Sn85Li15 metal melt; 21 – ceramic plate for placing the steel substrate and adjusting the “substrate–drop” system [21].

Жүктеу (259KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Video frames of the “soft” landing of a drop of liquid Sn85Li15 alloy (1–4) on the surface of 12Kh18N9T reactor steel and a number of intermediate stages (5–8) of its wetting [21].

Жүктеу (45KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Temperature dependence of the contact angle θ(T) of liquid tin on the surface of 12X18N9T steel.

Жүктеу (54KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Temperature dependence of the contact angle of wetting of the surface of 12X18N9T steel with liquid alloy Sn + 15 at.% Li.

Жүктеу (52KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Solubility of components of stainless steel Х18Н10Т in lithium: 1 – Fe; 2, 4 – Cr; 3, 5 – Ni; 1–3 – high-purity lithium; 4, 5 – lithium with 0.5% nitrogen impurity [20, 29, 46].

Жүктеу (90KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Temperature dependence of wettability of 316 SS steel surface by liquid Sn70Li30 alloy [13]; horizontal dashed line – wetting onset temperature, when θ(T) becomes less than 90°, vertical – corresponding temperatures for fresh (1) and remelted (2) samples of liquid Sn70Li30 alloy.

Жүктеу (67KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Video images of a drop of Sn70Li30 melt lying on the surface of grade 316 SS steel as a function of time t during θ(t) measurements [13].

Жүктеу (131KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024