Mikroskopická metoda pracuje při extrémních teplotách a přináší nové slitiny pro jaderné reaktory

Nová mikroskopická technologie umožňuje výzkumníkům sledovat mikrostrukturální změny v reálném čase, dokonce, i když je materiál vystaven extrémním teplotám a namáhání. Nedávno výzkumníci představili slitinu nerezové oceli nazvanou Slitina 709, která má potenciál využití v prostředí s vysokými teplotami, jaké jsou například v jaderných reaktorech.

„Slitina 709 je mimořádně silná a odolná vůči poškození i při dlouhodobém vystavení vysokým teplotám,“ tvrdí Afsaneh Rabiei, spoluautorka zprávy a profesorka strojního a kosmického inženýrství na Státní univerzitě v Severní Karolíně (North Carolina State University). „Tyto vlastnosti z ní činí slibný materiál pro použití v jaderných elektrárnách nové generace.“

„Nicméně Slitina 709 je nová a její vlastnosti při vysokých teplotách a zátěži je potřeba důkladně prověřit. Americké ministerstvo energetiky proto potřebuje hlouběji objasnit termomechanické a strukturální charakteristiky, aby určilo vhodnost materiálu pro použití v jaderných reaktorech.“

Na otázky Ministerstva energetiky přichází Rabiei s novým řešením. Spolupracuje se třemi společnostmi: Hitachi, Oxford Instruments a Kammrath & Weiss GmbH. Rabiei vyvinula novou techniku, která její laboratoři umožňuje provádět skenovací elektronovou mikroskopii (SEM) v reálném čase při extrémně vysokých teplotách a zatížení materiálu.

„Znamená to, že dokážeme vidět rozvoj trhlin, poškozování jádra a mikrostrukturální změny v jakémkoliv materiálu přímo v průběhu termomechanických zkoušek,“ říká Rabiei. „Může nám to pomoci lépe pochopit kde, a proč materiály degradují při širokém spektru okolních podmínek: od pokojové teploty do 1000 °C a namáhání od 0 Pa do 2 GPa.“

Tým profesorky spolupracuje s Birminghamskou univerzitou z Velké Británie, aby posoudili mechanické a mikrostrukturální vlastnosti Slitiny 709 při vystavení vysokému teplu a zatížení.

Výzkumníci vystavili 1 milimetr silný vzorek Slitiny 709 teplotám až 950 °C, dokud materiál neselhal, tedy praskl.

„Slitina 709 překonala nerezovou ocel 316, která se v současnosti používá v jaderných reaktorech,“ uvedla Rabiei. „Studie ukazuje, že síla Slitiny 709 byla vyšší než nerezové oceli 316 při všech teplotách, což znamená že snese intenzivnější namáhání než selže. Pro příklad, Slitina 709  dokáže snášet stejné tlakové namáhání při teplotě 950°C jako nerezová ocel 316 při teplotě 538 °C.

„Naše mikroskopická metoda umožňuje sledovat změny krystalové mřížky a růst trhlin spolu se všemi změnami v mikrostruktuře materiálu po celou dobu procesu,“ říká Rabiei.

„Jde o slibný nález, ale stojí před námi ještě mnoho práce.“ „Naším dalším krokem bude posoudit, jak se Slitina 709 bude chovat při vysokých teplotách, když ji vystavíme cyklickému zatěžování a opakovanému namáhání.“

Zdroj informací: NCSU