УЛЬТРАКРИТИКАЛЫҚ СУ БУЫ ЖАҒДАЙЫНДА ПАЙДАЛАНЫЛАТЫН БУ ТУРБИНАЛАРЫНЫҢ ҚАЛАҚШАЛАРЫНДА МАТЕРИАЛ РЕТІНДЕ ХРОМ БЕРИЛЛИДІҢ (CrBe₁₂) ҚОЛДАНУ КЕЛЕШЕГІН БАҒАЛАУ

Бұл жұмыста ультракритикалық су буы жағдайында жұмыс істейтін бу турбиналарының жұмыс қалақшалары үшін перспективалы материал ретінде хром бериллидің (CrBe₁₂) қолдану мүмкіндіктері бағаланды. Cr₂O₃-пен байытылған қорғаныш қабатының түзілуін және оның жарықшақтану салдарынан ықтимал бұзылуын ескеретін тотығудың диффузиялық моделі әзірленді. Зерттеу нәтижелері көрсеткендей, 600°C температурада хром бериллидтері ферритті-мартенситті болаттармен және титан қорытпаларымен салыстырғанда оксидті қабаттың өсу жылдамдығының айтарлықтай төмен мәндерімен сипатталады. Ал никель негізіндегі суперқорытпалармен салыстырғандаұқсаснемесеодандатөментотығужылдамдығынкөрсетеді. CrBe₁₂ қосылысыныңтөментығыздығы орталықтан тепкіш кернеулердің едәуір азаюына ықпал етеді деп болжанады. Жүргізілген талдау нәтижесінде CrBe₁₂ қосылысы 650°C-қа дейінгі температуралық диапазонда жаңа буындағы бу турбиналық қондырғылар элементтері үшін болашақта зерттеуге лайық перспективалы кандидат материал ретінде қарастырылуы мүмкін екені анықталды. Сонымен қатар, алынған нәтижелер алдын ала сипатқа ие және ультракритикалық су буы жағдайында тікелей эксперименттік тексеруді, сондай-ақ жылжымалылық, шаршау және термоциклдік төзімділік қасиеттеріне қосымша талдау жүргізуді талап етеді.

1. J.H. Kim, M. Nakamichi. Characterization of modified Be13Zr beryllide pebbles as advanced neutron multipliers // Fusion Engineering Design. – 2019. – Vol. 146 (B). – P. 2608-2612. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2019.04.054

2. F.A. Hernandez, et al. Advancements in the helium-cooled pebble bed breeding blanket for the EU DEMO: holistic design approach and lessons learned. – 2019. – Fusion Science and Technology. – 2019. – Vol. 75. – P. 352-364.

3. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory. Presentation FE0025064 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://netl.doe.gov/sites/default/files/netl-file/20180410_1530A_Presentation_FE0025064_EIO.pdf. (дата обращения: 13.04.2026).

4. Abe F. Research and Development of Heat-Resistant Materials for Advanced USC Power Plants with Steam Temperatures of 700 °C and Above // Engineering. – 2015. – Vol. 1. – P. 211–224. – DOI: 10.15302/J-ENG-2015031.

5. Special Metals Corporation. INCONEL® alloy 617 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.specialmetals.com/documents/technical-bulletins/inconel/inconel-alloy-617.pdf. (дата обращения: 13.04.2026).

6. Yates D.H., Ganesan P., Smith G.D. Recent Advances in the Enhancement of INCONEL Alloy 617 Properties to Meet the Needs of the Gas Turbine Industry // Advanced Materials and Coatings for Combustion Turbines: Proceedings of ASM Materials Congress. – Pittsburgh, PA, 1993. – P. 89–97.

7. Special Metals Corporation. INCONEL® alloy 740H [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.specialmetals.com/documents/technical-bulletins/inconel/ inconel-alloy-740h.pdf. (дата обращения: 13.04.2026).

8. Kulsartov T., Kenzhina I., Samarkhanov K., Kenzhin Y., Gordienko Y., Ponkratov Y., Chikhray Y., Bochkov V., Zaurbekova Z., Yelishenkov A., Begentayev M., Askerbekov S., Udartsev S., Podoinikov M. Comparative analysis of high-temperature corrosion processes of beryllides of different compositions // Fusion Engineering and Design. – 2025. – Vol. 219. – art. no. 115283. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2025.115283.

9. Cao, Penghui, Daniel Wells and Michael Philip Short. Anisotropic ion diffusion in α-Cr2O3: an atomistic simulation study // Physical chemistry chemical physics: PCCP. – 2017. – Т. 19 (21). – С. 13658-13663. – DOI: 10.1039/c7cp00838d.

10. He N., Li H., Ji L., Liu X., Chen J. Investigation of metal elements diffusion in Cr₂O₃ film and its effects on mechanical properties // Ceramics International. – 2020. – Vol. 46, No. 5. – P. 6811–6819. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.11.173.

11. Lebreau F., Islam M.M., Diawara B., Marcus P. Structural, Magnetic, Electronic, Defect, and Diffusion Properties of Cr₂O₃: A DFT+U Study // The Journal of Physical Chemistry C. – 2014. – Vol. 118, No. 31. – P. 18133–18145. – DOI: 10.1021/jp5039943.

12. Opila E.J. Volatility of Common Protective Oxides in High-Temperature Water Vapor: Current Understanding and Unanswered Questions // Materials Science Forum. – 2004. – Vol. 461–464. – P. 765–774. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.461-464.765.

13. Kulsartov T., Kenzhina I., Samarkhanov K., Kenzhin Y., Gordienko Y., Ponkratov Y., Chikhray Y., Bochkov V., Zaurbekova Z., Yelishenkov A., Begentayev M., Askerbekov S., Udartsev S., Podoinikov M. Comparative analysis of high-temperature corrosion processes of beryllides of different compositions // Fusion Engineering and Design. – 2025. – Vol. 219. – Article 115283. – DOI: 10.1016/j.fusengdes.2025.115283.

14. Jang C., Lee D., Kim D. Oxidation behaviour of an Alloy 617 in very high-temperature air and helium environments // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2008. – Vol. 85, No. 6. – P. 368–377. – DOI: 10.1016/j.ijpvp.2007.11.010.

15. Liang Z., Wang Y., Zhao Q. Steam Oxidation Behavior of Alloy 617 at 900 °C to 1100 °C // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2018. – Vol. 49A, No. 7. – DOI: 10.1007/S11661-018-4644-X.

16. Saunders S.R.J., Monteiro M., Rizzo F. The oxidation behaviour of metals and alloys at high temperatures in atmospheres containing water vapour: A review // Progress in Materials Science. – 2008. – Vol. 53, No. 5. – P. 775–837. – DOI: 10.1016/j.pmatsci.2007.11.001.

17. Ennis P.J., Quadakkers W.J. Implications of steam oxidation for the service life of high-strength martensitic steel components in high-temperature plant // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2007. – Vol. 84, No. 1–2. – P. 82–87. – DOI: 10.1016/j.ijpvp.2006.09.008.

18. Guleryuz H., Cimenoglu H. Oxidation of Ti–6Al–4V alloy // Journal of Alloys and Compounds. – 2009. – Vol. 472, No. 1–2. – P. 241–246. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2008.04.024.

19. Casadebaigt A., Monceau D., Hugues J. High temperature oxidation of Ti-6Al-4V alloy fabricated by additive manufacturing. Influence on mechanical properties // MATEC Web of Conferences. – 2020. – Vol. 321. – Article 03006. – DOI: 10.1051/matecconf/202032103006.

20. Gaisin R. Microstructure and high-temperature mechanical performance of industrial-scale titanium and chromium beryllides for fusion applications / R. Gaisin, R. Rolli, M. Podoinikov, V. Kuksenko, K. Seemann, T. Bergfeldt, V. Chakin, P. Vladimirov // Journal of Alloys and Compounds. — 2025. — Vol. 1044. — Art. 184503. — DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.184503.

21. Gaisin R. Beryllides as advanced materials for neutron multiplication / R. Gaisin, R. Rolli, V. Chakin, P. Vladimirov // 15th International Workshop on Beryllium Technology, Karlsruhe. — Karlsruhe, 2022. — P. 141–164.