РАЗДЕЛ 2
МОДИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ ТЕЛ СИЛЬНОТОЧНЫМИ
ИМПУЛЬСНЫМИ ПУЧКАМИ ЭЛЕКТРОНОВ.
Успешная реализация ряда радиационных технологий связана, в том числе, с
задачей изготовления камер, куда помещаются источники излучения и где
производится обработка технологических объектов. Важность этой задачи
обусловлена несколькими причинами:
- высокой стоимостью получения единицы энергии импульсного излучения,
следовательно это требует ее оптимального распределения в области радиационного
воздействия;
- повышенной коррозионной активностью продуктов радиолиза обрабатывемых сред;
- сложностью формы поля излучения, и, соответственно, необходимостью ее
конструктивного воспроизведения в конструкции камеры излучения .
В одной из разработанных нами конструкций установок (Разд.5) корпус-камеру,
формирователи и приемники облучаемого потока предлагается изготавливать,
например, из нержавеющей стали, а их рабочие поверхности должны быть обработаны
до переплава импульсным электронным пучком с плотностью потока энергии
излучения 103 – 3 х 105 Вт/м2 , что позволит повысить их коррозионную
стойкость[149].
2.1. Особенности коррозионного и кавитационного воздействия на рабочие
поверхности камер облучения.
При выборе материала камеры, в которой производится облучение, одной из
наиболее важных характеристик является коррозионная стойкость. Коррозионные
процессы обусловлены воздействием продуктов радиолиза а также исходной
химической активностью обрабатывемых сред. Первым шагом коррозионного процесса
является образование реакционного слоя между фазами, в котором реализуется
концентрация насыщения. При этом процесс коррозии протекает очень быстро. Если
концентрация насыщения превышается, на поверхности твердого тела образуется
покровный слой из продуктов реакции. Этот процесс включает образование центров
кристаллизации и их рост. Весь ход реакции определяется диффузией. От свойств
покровных слоев, их структуры, растворимости в них других реагентов,
устойчивости покровного слоя к воздействию активной среды зависит стойкость
металла к химическому воздействию. Поэтому важнейшей задачей является выбор в
качестве коррозионно стойкого металла или сплава, покровный слой на котором
позволяет добиться оптимальной защиты, препятствующей распространению коррозии
[150-151].
Коррозионная стойкость определяется составом сплава и его структурой, в общем
случае зависящей от применяемой в необходимых случаях термической обработки.
Важно также знать свойства внешней агрессивной среды, в условиях которой
используется данный сплав, так как стойкость против коррозии одного и того же
металла может резко различаться в различных агрессивных средах. Сплавы железа,
в том числе и высоколегированные стали, имеют высокую коррозионную стойкость
только в ограниченном числе сред. По этим причинам характеристики сплава,
необходимые для данной конструкции, должны учитывать особенности облучаемых
сред и условия эксплуатаци.
К сплавам, стойким в слабо агрессивных средах (воздух, вода, пар), относятся в
основном только стали с 13% Cr, а также алюминий и медные сплавы. Стойкость
сталей против коррозии создается только при содержании хрома не ниже 12,5-13%
[152]. В этом случае на металлической поверхности возникает защитная
(пассивная) пленка окислов хрома, достаточно прочная и прочно связанная с
основой, что прерывает контакт с агрессивной средой.
Содержание углерода в большинстве сталей этого типа (12Х13, 20Х13, 30Х13)
должно быть низким, чтобы уменьшить переход хрома в карбиды (Ме23С6), в
результате чего его концентрация в защитной оксидной пленке неизбежно
уменьшается ниже требуемой (12%)[153].
Эти стали не обладают высокой прочностью (она ниже 700 МПа), твердостью и
износостойкостью. Структура сталей - феррито-карбидная. При большем содержании
углерода (0,3-0,4%) обязательна термическая обработка: закалка с температуры
1273-1373 К и низкотемпературный отпуск (473 К). При этом карбиды хрома
переводятся в твердый раствор.
Медные сплавы (латуни и бронзы) используются из-за большой стоимости вместо
сталей только для изготовления деталей, которые должны иметь низкий коэффициент
трения. Алюминий применяют в конструкциях, где надо использовать его малую
плотность (2,74 т/м3). Поэтому наиболее оптимальным вариантом представляется
использование стали марки 30Х13 (0,26-0,35%С; Ј0,8%Mn; 12-14%Cr).
Преимуществом стали перед алюминием является большая стойкость перед так
называемым капельным ударом - попаданием быстролетящих капель жидкости на
металлическую поверхность, что важно при эксплуатации разрабатываемой
установки. Так уже попадание одной капли диаметром 1,2 мм при скорости падения
410 м/с на поверхность чистого алюминия вызывает появление кратера
(рис.4.3)[150-153]. При этом в случае мягких материалов унос материала
происходит путем пластической деформации [152], образования тонких вытянутых
перемычек и их откалывания или отслаивания.
2.2. Принципы формирования зоны импульсного радиационного воздействия для
модификации коррозионных характеристик поверхностей технологических камер
облучения.
Для поверхностного аморфизирующего переплава поверхностного слоя используют
лазерное излучение либо электронные пучки. Сравнивая эти два вида излучения
следует отметить преимущество первого, обусловленного его высокой размерной
точностью, и преимущество второго выражающегося в достаточно высоком КПД
преобразования энергии ( порядка 60 %)[72].
Учитывая то, что в ряде случаев необходимо получить аморфизированный слой
непосредственно на поверхности
- Київ+380960830922