nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2021-3-37-43nuc-398Research ArticleСтатьиИССЛЕДОВАНИЕ КАРБИДИЗАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ВОЛЬФРАМА ПРИ ПЛАЗМЕННОМ ОБЛУЧЕНИИINVESTIGATION OF TUNGSTEN SURFACE CARBIDIZATION UNDER PLASMA IRRADIATIONЖанболатоваҒ Қ.ZhanbolatovaG. K.

Курчатов

Kurchatov

kaiyrdy@nnc.kzМиниязовА. Ж.MiniyazovA. Z.

Курчатов

Kurchatov

ТуленбергеновТ. Р.TulenbergenovT. R.

Курчатов

Kurchatov

СоколовИ. А.SokolovI. A.

Курчатов

Kurchatov

БукинаО. С.BukinaO. S.

Курчатов

Kurchatov

Филиал «Институт атомной энергии» РГП НЯЦ РККазахстанBranch “Institute of Atomic Energy” RSE NNC RKKazakhstan202108012022033743Copyright © Жанболатова Ғ.Қ., Миниязов А.Ж., Туленбергенов Т.Р., Соколов И.А., Букина О.С., 20222022Жанболатова Ғ.Қ., Миниязов А.Ж., Туленбергенов Т.Р., Соколов И.А., Букина О.С.Zhanbolatova G.K., Miniyazov A.Z., Tulenbergenov T.R., Sokolov I.A., Bukina O.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/398

В данной работе представлены результаты исследования формирования карбидизированного слоя в различных экспериментальных условиях и выбора оптимальных параметров карбидизации поверхности вольфрама при плазменном облучении. Для исследования влияния температуры поверхности образца вольфрама и длительности плазменного облучения проводились эксперименты при температуре поверхности образца 1300 °C и 1700 °C при длительности облучения 300–2400 с. Анализ результатов исследований показал, что максимальное формирование W2C на поверхности наблюдается при температуре испытаний 1700 °C. При температуре 1300 °C фазовый состав карбидизированного слоя зависит от длительности плазменного облучения. Согласно данным литературного анализа, образование WC происходит на поверхности вольфрама, из которого атомы углерода диффундируют внутрь, вследствие чего образуется нижележащий слой W2C. С увеличением флюенса ионов в зависимости от времени облучения и температуры поверхности образца диффузия C в W ускоряется, содержание WC уменьшается, и W2C становится доминирующим карбидным соединением.

This paper presents the results of a study of the formation of a carbidized layer under various experimental conditions and the choice of optimal parameters for carbidization of a tungsten surface under plasma irradiation. To study the effect of the surface temperature of a tungsten sample and the duration of plasma irradiation, experiments were carried out at a sample surface temperature of 1300 °C and 1700 °C with an irradiation duration of 300–2400 s. Analysis of the research results showed that the maximum formation of W2C on the surface is observed at a test temperature of 1700 °C. At a temperature of 1300 °C, the phase composition of the carbidized layer depends on the duration of plasma irradiation. According to the literature analysis, the formation of WC occurs on the surface of tungsten, from which C diffuses into the particle and forms the underlying layer of W2C. With an increase in the ion fluence, depending on the irradiation time and the temperature of the sample surface, the diffusion of C into W accelerates, the WC content decreases, and W2C becomes the dominant carbide compound.

метанкарбид вольфрамапокрытиеплазменное облучениеплазмапучково-плазменный разрядmethanetungsten carbidecoatingplasma irradiationplasmabeam-plasma dischargeReferencesM. Merola, F. Escourbiac, R. Raffray, P. Chappuis, T. Hirai, A. Martin. Overview and status of ITER internal components // Fusion Eng. Des. – 2014. – V. 89. – P. 890–895.M. Merola, F. Escourbiac, R. Raffray, P. Chappuis, T. Hirai, A. Martin. Overview and status of ITER internal components // Fusion Eng. Des. – 2014. – V. 89. – P. 890–895.S.E. Lee, Y. Hatano, M. Tokitani et al. Global distribution of tritium in JET with the ITER-like wall // Nuclear Materials and Energy. – 2021. – Vol. 26. – P. 100930S.E. Lee, Y. Hatano, M. Tokitani et al. Global distribution of tritium in JET with the ITER-like wall // Nuclear Materials and Energy. – 2021. – Vol. 26. – P. 100930Tazhibayeva I.L. [et al.] KTM Experimental Complex Project Status // Fusion Science and Technology. – Vol. 47. – 2005. – P. 746–750.Tazhibayeva I.L. [et al.] KTM Experimental Complex Project Status // Fusion Science and Technology. – Vol. 47. – 2005. – P. 746–750.Michael B.Z., Jingguang G.C. Synthesis, characterization and surface reactivity of tungsten carbide (WC) PVD films // Surface Science. – 2014. – Vol. 569. – P. 89–98.Michael B.Z., Jingguang G.C. Synthesis, characterization and surface reactivity of tungsten carbide (WC) PVD films // Surface Science. – Vol. 569. – P. 89–98.Romanusa H., Cimallaa V., Schaefera J.A., Spieûb L., Eckec G., Pezoldtc J. Preparation of single phase tungsten carbide by annealing of sputtered tungsten-carbon layers // Thin Solid Films. – 2000. – Vol. 359. – P. 146–149.Romanusa H., Cimallaa V., Schaefera J.A., Spieûb L., Eckec G., Pezoldtc J. Preparation of single phase tungsten carbide by annealing of sputtered tungsten-carbon layers // Thin Solid Films. – 2000. – Vol. 359. – P. 146–149.J. Luthin, Ch. Linsmeier. Carbon films and carbide formation on tungsten // Surface Science. – 2000.– Vol. 454–456. – P. 78–82.J. Luthin, Ch. Linsmeier. Carbon films and carbide formation on tungsten // Surface Science. – 2000.– Vol. 454–456. – P. 78–82.Ch. Linsmeier, J. Luthin, K. U. Klages, A. Wiltner and P. Goldstraß. Formation and Erosion of Carbon-Containing Mixed Materials on Metals // Physica Scripta. – 2004. – Vol. T111. – P. 86–91.Ch. Linsmeier, J. Luthin, K. U. Klages, A. Wiltner and P. Goldstraß. Formation and Erosion of Carbon-Containing Mixed Materials on Metals // Physica Scripta. – 2004. – Vol. T111. – P. 86–91.Ch. Linsmeier, M. Reinelt, K. Schmid. Surface chemistry of first wall materials – From fundamental data to modeling // Journal of Nuclear Materials. – 2011. – Vol. 415. – P. S212–S218.Ch. Linsmeier, M. Reinelt, K. Schmid. Surface chemistry of first wall materials – From fundamental data to modeling // Journal of Nuclear Materials. – 2011. – Vol. 415. – P. S212–S218.P. Wang, W. Jacob. Deuterium diffusion and retention in a tungsten–carbon multilayer system // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2014. – Vol. 329.– P. 6–13P. Wang, W. Jacob. Deuterium diffusion and retention in a tungsten–carbon multilayer system // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2014. – Vol. 329.– P. 6–13Павлов Б.А., Терентьев А.П. Курс органической химии. – Издание шестое, стереотипное. – M.: Изд-во Химия, 1967. – С. 58.Pavlov B.A., Terent'ev A.P. Kurs organicheskoy khimii. – Izdanie shestoe, stereotipnoe. – Moscow.: Izd-vo Khimiya, 1967. – P. 58.Соколов И.А., Скаков М.К., Миниязов А.Ж., Туленбергенов Т.Р. Изучение процессов образования карбидов на поверхности дивертора термоядерного реактора. – Вестник КазНАЕН. – 2019. – Вып. 1.– С. 44–49.Sokolov I.A., Skakov M.K., Miniyazov A.Zh., Tulenbergenov T.R. Izuchenie protsessov obrazovaniya karbidov na poverkhnosti divertora termoyadernogo reaktora. – Vestnik KazNAEN. – 2019. – Issue 1.– P. 44–49.Жанболатова Ғ.Қ., Бакланов В.В., Туленбергенов Т.Р., Миниязов А.Ж., Соколов И.А. Карбидизация поверхности вольфрама в пучково-плазменном разряде. – Вестник НЯЦ РК. – 2020. – Вып. 4. – С. 77–81.Zhanbolatova Ғ.Қ., Baklanov V.V., Tulenbergenov T.R., Miniyazov A.Zh., Sokolov I.A. Karbidizatsiya poverkhnosti vol'frama v puchkovo-plazmennom razryade. – Vestnik NYaTs RK. – 2020. – Issue 4. – P. 77–81.Патент РК № 2080. Имитационный стенд с плазменнопучковой установкой / Колодешников А.А., Зуев В.А., Гановичев Д.А., Туленбергенов Т.Р. [и др.]; заявитель и патентообладатель РГП НЯЦ РК. – № 2016/0108.2; заявл. 29.02.2016; опубл. 15.03.2017, Бюл. № 5. – 3 с.Patent RK № 2080. Imitatsionnyy stend s plazmennopuchkovoy ustanovkoy / Kolodeshnikov A.A., Zuev V.A., Ganovichev D.A., Tulenbergenov T.R. [i dr.]; zayavitel' i patentoobladatel' RGP NYaTs RK. – No. 2016/0108.2; zayavl. 29.02.2016; opubl. 15.03.2017, Byul. No. 5. – 3 p.Kurnaev V., Vizgalov I., Gutorov K., Tulenbergenov T., Sokolov I., Kolodeshnikov A., Ignashev V., Zuev V., Bogomolova I., Klimov N. Investigation of plasmasurface interaction at plasma beam facilities // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 463.–P. 228–232. – http://dx.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.12.076.Kurnaev V., Vizgalov I., Gutorov K., Tulenbergenov T., Sokolov I., Kolodeshnikov A., Ignashev V., Zuev V., Bogomolova I., Klimov N. Investigation of plasmasurface interaction at plasma beam facilities // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 463.–P. 228–232. – http://dx.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.12.076.Gražulis S., Chateigner D., Downs R.T., Yokochi A.F.T., Quirós M., Lutterotti L., Manakova E., Butkus J., Moeck P. and Le Bail A. Crystallography Open Database – an open-access collection of crystal structures // J. Appl. Cryst. – 2009. – Vol. 42. – P. 726–729.Gražulis S., Chateigner D., Downs R.T., Yokochi A.F.T., Quirós M., Lutterotti L., Manakova E., Butkus J., Moeck P. and Le Bail A. Crystallography Open Database – an open-access collection of crystal structures // J. Appl. Cryst. – 2009. – Vol. 42. – P. 726–729.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.