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May 30, 2024

Réactions dynamiques du substrat lors de l'irradiation aux ions lourds à température ambiante de films minces d'alliage à haute entropie CoCrCuFeNi

npj Materials Degradation volume 6, Numéro d'article : 60 (2022) Citer cet article 1213 Accès 4 Citations 1 Détails de Altmetric Metrics Les alliages à haute entropie (HEA) sont des matériaux prometteurs pour divers

npj Materials Degradation volume 6, Numéro d'article : 60 (2022) Citer cet article

1213 Accès

4 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les alliages à haute entropie (HEA) sont des matériaux prometteurs pour diverses applications, notamment dans les environnements de réacteurs nucléaires. Il est donc important de comprendre leur comportement sous irradiation et exposition à différents environnements. Ici, deux ensembles de films minces CoCrCuFeNi quasi équiatomiques développés sur des substrats SiO2/Si ou Si ont été irradiés à température ambiante avec des ions Au de 11,5 MeV, offrant un comportement similaire à l'exposition à des environnements inertes et corrosifs. Le film cultivé sur SiO2 présentait un changement relativement minime jusqu'à des niveaux de dommages maximaux supérieurs à 500 dpa, tandis que le film cultivé sur Si commençait à se mélanger à l'interface substrat-film à des doses maximales de 0,1 dpa avant de se transformer en un film multi-siliciure à des doses plus élevées. le tout à température ambiante avec une diffusion thermique minimale. Le mécanisme principal est la diffusion renforcée par le rayonnement via les effets inverses de Kirkendall et de traînée de soluté. Les résultats mettent en évidence comment la composition et l’exposition environnementale affectent la stabilité des HEA sous rayonnement et donnent un aperçu du contrôle de ces comportements.

Les alliages dans les environnements de réacteur nécessitent une stabilité de phase pour maintenir les propriétés physiques et mécaniques ainsi que les performances des composants. L'exposition à de multiples extrêmes simultanés rencontrés dans les environnements des réacteurs, tels que les rayonnements, les températures élevées, les contraintes mécaniques et/ou l'exposition environnementale, peut entraîner des effets synergiques sur les matériaux qui ne sont pas observés s'ils sont exposés à ces extrêmes individuellement ou séquentiellement1. La résistance aux radiations peut être conférée grâce à un matériau nanocristallin doté d’une haute densité de puits d’interface2. De même, la résistance aux radiations peut également être conférée en réduisant la génération et la mobilité des défauts, par exemple en utilisant des désordres chimiques, une faible conductivité thermique et des distorsions de réseau importantes trouvées dans les alliages à haute entropie (HEA)3,4,5,6,7,8, 9,10. Cependant, cette résistance aux radiations n'a plus de sens si les grains nanométriques ou les alliages chimiquement complexes perdent leur stabilité, ce qui entraîne une croissance excessive des grains ou la formation d'autres phases lorsqu'ils sont exposés à d'autres extrêmes comme des températures élevées ou des environnements corrosifs. Les taux d'oxydation dans l'air ou la vapeur à haute température des HEA, tout comme des aciers inoxydables, dépendent de la composition de l'alliage et de la phase de la calamine d'oxyde qui se forme11,12,13.

À l’instar de l’oxydation et de la corrosion, l’irradiation peut avoir un impact important sur la stabilité de phase de ces matériaux. La combinaison de la corrosion et de l’irradiation est un domaine de recherche qui suscite beaucoup d’intérêt. Cependant, les connaissances sur la manière dont l’irradiation et l’exposition environnementale simultanées affectent la stabilité de phase, en particulier dans les HEA, sont limitées. Des études portant sur une irradiation séquentielle suivie d’une corrosion n’ont montré aucun effet sur les taux de corrosion14 ou une augmentation du taux de corrosion15. Ce n’est que récemment que des études ont été réalisées sur les effets synergiques simultanés de l’irradiation et de la corrosion, certaines montrant une corrosion renforcée par les radiations et d’autres une corrosion décélérée par les radiations14,16,17. Dans ces travaux, il a été déterminé que la corrosion était facilitée par l'irradiation en fonction du milieu corrosif. Chaque étude, cependant, a attesté de l'importance de la diffusion renforcée par les radiations (RED) en tant que principal moyen d'intensifier ou de ralentir la corrosion par rayonnement, et donc de favoriser la migration des défauts. Cependant, ces études se sont principalement concentrées sur des alliages modèles simples ou sur des alliages et aciers conventionnels. Il existe une compréhension mécaniste limitée de la manière dont la complexité chimique des HEA peut affecter le comportement combiné de l'exposition aux rayonnements et à l'environnement, dont il a été démontré qu'ils réduisent la génération et la migration de défauts sous irradiation7. Il est donc important de comprendre comment ces alliages maintiennent ou perdent leur stabilité microstructurale ou de phase et quel type de mécanismes d'atténuation peuvent être imposés pour arrêter ou ralentir l'évolution de la phase et de la microstructure dans de multiples conditions environnementales extrêmes.