ВАНАДИЙ НЕГІЗІНДЕГІ ҚОРЫТПАЛАРДЫҢ АУЫР КРИПТОН ИОНДАРЫМЕН СӘУЛЕЛЕНДІРУ КЕЗІНДЕГІ СЕГРЕГАЦИЯҒА РАДИАЦИЯЛЫҚ ТӨЗІМДІЛІГІ

Осы зерттеуде энергиясы 147 МэВ-ке тең ⁸⁴Кr¹⁵⁺ иондарымен және 1·10¹³–1·10¹⁵ см⁻²-ге тең иондық флюенспен сәулелендіруден кейін V-Nb-Ta-Ti жүйесі негізіндегі қорытпалардың морфологиясы мен элементтік құрамының өзгеруі зерттелді. Криптон иондарымен сәулелендіру V, VNb, VNbTa, VNbTaTi үлгілерінің беткі қабатының айтарлықтай зақымдануына әкелмегені анықталды. Тек V-ден VNbTaTi-ге қарай мөлшері мен саны төмендеген қара дақтар мен жарықшақтар түзілді. Сканерлейтін электрондық микроскоптың энергодисперсиялық спектроскопиясы (СЭМ-ЭДС) талдауы барлық бастапқы үлгілердің құрамы эквиатомдық құрамға ұқсас екенін көрсетті. Құрам күрделілігінің VNb қорытпасынан VNbTa орташа энтропиялық қорытпасына (ОЭҚ) дейін жоғарылауымен үлгілердегі элементтердің радиациялық сегрегациясы өсті, бірақ VNbTaTi жоғары энтропиялық қорытпасында (ЖЭҚ) төмендеді. Концентрациялардың ең үлкен өзгерісі VNbTa қорытпасында табылды, онда Ta концентрациясы сәулеленбеген үлгімен салыстырғанда 18,5%-ға (4,4 ат.% (атомдық пайыз)) өсті. VNbTa және VNbTaTi қорытпаларында сегрегацияның флюенстің жоғарылауымен бірге күшейетіні, ал VNb-де сегрегация 1·10¹⁴ см⁻² флюенсте шыңына жетіп, кейін төмендегені анықталды. Резерфордтың Кері Шашырауы (РКШ) талдауын қолдана отырып, флюенсі 1·10¹³ см⁻² криптон иондарымен сәулелендірілген үлгілерде Ta атомдарының концентрациясы тереңдікте бастапқы концентрациямен салыстырғанда 33–34%-ға (8,6–12 ат.%) артқанын көрсетті. СЭМ-ЭДС және РКШ талдауларының нәтижелері ұқсас үрдістерді көрсетті. VNb, VNbTa және VNbTaTi үлгілерінің беткі қабатта ауыр Nb, Ta элементтері үшін концентрацияларының өзгеруі жеңіл элементтерден асып түсті. Элементтердің сегрегациясындағы айырмашылық тордың бұрмалануының айырмашылығына, жергілікті химиялық құрамға, V, Nb, Ta, Ti атомдарының миграциясының вакансиялар мен түйінаралықтарға әртүрлі тәуелділігіне байланысты болуы ықтимал. Криптон иондарымен сәулелену VNbTa ОЭҚ және VNbTaTi ЖЭҚ-да радиациялық сегрегацияға әкелді, бірақ элементтердің үлгілер бетінде таралуы айқын сегрегация аймақтарын құрмады. VNbTaTi ЖЭҚ радиациялық сегрегацияға үлкенірек төзімділік көрсетті.

1. Zinkle S. J., Tanigawa H., Wirth B. D. Radiation and Thermomechanical Degradation Effects in Reactor Structural Alloys // Structural Alloys for Nuclear Energy Applications: Elsevier, 2019. P. 163–210.

2. English C. A., Hyde J. M., Odette G. R., Lucas G. E., Tan L. Research Tools: Microstructure, Mechanical Properties, and Computational Thermodynamics // Structural Alloys for Nuclear Energy Applications: Elsevier, 2019. P. 103– 161.

3. Pickering E. J., Carruthers A. W., Barron P. J., Middleburgh S. C., Armstrong D. E. J., Gandy A. S. High-Entropy Alloys for Advanced Nuclear Applications // Entropy. – 2021. – Vol. 23, No. 1. – P. 98.

4. Chen W.-Y., Liu X., Chen Y., Yeh J.-W., Tseng K.-K., Natesan K. Irradiation effects in high entropy alloys and 316H stainless steel at 300 °C // Journal of Nuclear Materials. – 2018. – Vol. 510. – P. 421–430.

5. Zhu Z., Chen S., Zhang Q., Li L., Zhao Y., Guo X., Uglov V. V., Jin K., Xue Y. Suppressed defect production and hardening in refractory high entropy alloys under ion irradiation at early stage: A comparative study between VTaTi, HfNbZrTi, and conventional V-4Cr-4Ti // Journal of Materials Science & Technology. – 2025. – Vol. 235. – P. 1–11.

6. Shi T., Su Z., Li J., Liu C., Yang J., He X., Yun D., Peng Q., Lu C. Distinct point defect behaviours in bodycentered cubic medium-entropy alloy NbZrTi induced by severe lattice distortion // Acta Materialia. – 2022. – Vol. 229. – P. 117806.

7. Zhao S., Xiong Y., Ma S., Zhang J., Xu B., Kai J.-J. Defect accumulation and evolution in refractory multiprincipal element alloys // Acta Materialia. – 2021. – Vol. 219. – P. 117233.

8. Zhao S. Defect properties in a VTaCrW equiatomic high entropy alloy (HEA) with the body centered cubic (bcc) structure // Journal of Materials Science & Technology. – 2020. – Vol. 44. – P. 133–139.

9. El-Atwani O., Li N., Li M., Devaraj A., Baldwin J. K. S., Schneider M. M., Sobieraj D., Wróbel J. S., Nguyen-Manh D., Maloy S. A., Martinez E. Outstanding radiation resistance of tungsten-based high-entropy alloys // Sci. Adv. – 2019. – Vol. 5, No. 3. – P. eaav2002.

10. Egami T., Guo W., Rack P. D., Nagase T. Irradiation Resistance of Multicomponent Alloys // Metall Mater Trans A. – 2014. – Vol. 45, No. 1. – P. 180–183.

11. Kareer A., Waite J. C., Li B., Couet A., Armstrong D. E. J., Wilkinson A. J. Short communication: ‘Low activation, refractory, high entropy alloys for nuclear applications’ // Journal of Nuclear Materials. – 2019. – Vol. 526. – P. 151744.

12. Parkin C., Moorehead M., Elbakhshwan M., Hu J., Chen W.-Y., Li M., He L., Sridharan K., Couet A. In situ microstructural evolution in face-centered and bodycentered cubic complex concentrated solid-solution alloys under heavy ion irradiation // Acta Materialia. – 2020. – Vol. 198. – P. 85–99.

13. Uglov V. V., Zlotski S. V., Belov M. M., Ryskulov A. E., Jin K., Ivanov I. A., Kurakhmedov A. E., Mustafin D. A., Sapar A. D., Bikhert Y. V. Structural and Phase Changes in Concentrated V–Nb–Ta–Ti Solid Solutions Irradiated by Helium Ions // J. Surf. Investig. – 2023. – Vol. 17, No. 1. – P. 208–215.

14. Zdorovets M., Ivanov I., Koloberdin M., Kozin S., Alexandrenko V., Sambaev E., Kurakhmedov A., Ryskulov A. Accelerator complex based on DC-60 cyclotron. Obninsk: Joint Accelerator Conferences Website (JACoW), 2014. P. 287–289.

15. Doolittle L. R. Algorithms for the rapid simulation of Rutherford backscattering spectra // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 1985. – Vol. 9, No. 3. – P. 344–351.

16. Ziegler J. F., Ziegler M. D., Biersack J. P. SRIM – The stopping and range of ions in matter (2010) // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2010. – Vol. 268, No. 11–12. – P. 1818–1823

17. Was G. S. Fundamentals of radiation materials science: metals and alloys. New York: Springer, 2007. – 827 p.

18. Amroussia A., Avilov M., Boehlert C. J., Durantel F., Grygiel C., Mittig W., Monnet I., Pellemoine F. Swift heavy ion irradiation damage in Ti–6Al–4V and Ti–6Al– 4V–1B: Study of the microstructure and mechanical properties // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2015. – Vol. 365. – P. 515–521.

19. Shiraishi K., Fukaya K., Katano Y. Radiation and anneal hardening in neutron-irradiated vanadium // Journal of Nuclear Materials. – 1974. – Vol. 54, No. 2. – P. 275–285.

20. Komarov F. F. Nano- and microstructuring of solids by swift heavy ions // Phys.-Usp. – 2017. – Vol. 60, No. 5. – P. 435–471.

21. Averback R. S., Rehn L. E., Wagner W., Okamoto P. R., Wiedersich H. In situ Rutherford backscattering analysis of radiation-induced segregation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 1982. – Vol. 194, No. 1–3. – P. 457–460.

22. Averback R. S., Rehn L. E., Wagner W., Ehrhart P. The effect of primary recoil spectrum on radiation induced segregation in nickel-silicon alloys // Journal of Nuclear Materials. – 1983. – Vol. 118, No. 1. – P. 83–90.

23. Amanzhulov B., Ivanov I., Uglov V., Zlotski S., Ryskulov A., Kurakhmedov A., Koloberdin M., Zdorovets M. Composition and Structure of NiCoFeCr and NiCoFeCrMn High-Entropy Alloys Irradiated by Helium Ions // Materials. – 2023. – Vol. 16, № 10. – P. 3695.

24. Fan Z., Zhong W., Jin K., Bei H., Osetsky Y. N., Zhang Y. Diffusion-mediated chemical concentration variation and void evolution in ion-irradiated NiCoFeCr high-entropy alloy // Journal of Materials Research. – 2021. – Vol. 36, № 1. – P. 298–310.