Efeitos da implantação de Ar e da irradiação de íons de Au e Xe sobre a microestrutura do aço AISI 316L para aplicações nucleares

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Oyarzabal, Ítalo Martins
• Orientador(a): Fichtner, Paulo Fernando Papaleo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Irradiação; Argônio; Feixes de íons; Microscopia eletrônica de transmissão; Implantacao ionica
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/221646

Materiais expostos à irradiação de nêutrons geralmente apresentam degradação em suas propriedades físicas. Este é um problema importante para a tecnologia de reatores nucleares, pois influencia na segurança operacional e na vida útil de componentes estruturais. As mudanças na microestrutura resultam dos deslocamentos atômicos e da incorporação de produtos de fissão, principalmente gases inertes, produzidos pela reação de nêutrons com elementos dos materiais estruturais do reator. Este trabalho apresenta resultados de uma investigação dos efeitos da implantação de argônio (Ar) e da irradiação com íons de ouro (Au) no crescimento de bolhas de Ar e sua influência no desenvolvimento de transição de fases induzidas por irradiação, assim como resultados da irradiação in-situ com íons de Xe, que permite analisar a formação de precipitados ocorrendo em tempo real. Na primeira parte do trabalho, realizada na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), em Porto Alegre, lâminas finas de aço AISI 316L, polidas mecanicamente e solubilizadas a 1100 °C por 2 horas, foram implantadas com íons de Ar acelerados a diferentes energias, de modo a formar uma distribuição planar da concentração com a profundidade. As implantações de Ar foram realizadas a diferentes concentrações totais. As amostras foram, então, novamente tratadas termicamente para formar nano-aglomerados contendo vacâncias e átomos de Ar (i.e. nano-bolhas). Conjuntos distintos de amostras (incluindo as amostras de controle sem Ar) foram então irradiadas a diferentes temperaturas (de 450 °C a 550 °C) com íons de Au acelerados até 5 MeV e a uma fluência calculada para atingir um nível de danos de, aproximadamente, 18 deslocamentos por átomo (dpa) e de 36 dpa na região contendo a camada de Ar. As amostras foram investigadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) usando a técnica de desbaste iônico para produzir amostras plan-view. N As amostras foram investigadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) usando a técnica de desbaste iônico para produzir amostras plan-view. Na segunda parte do trabalho, realizada na Universidade de Huddersfield, UK, lâminas finas de aço AISI 316L foram quimicamente polidas para gerar amostras prontas para MET, e foram então irradiadas com íons de Xe a diferentes fluxos a 550 °C e a uma fluência total de 8 × 1015 átomos∙cm-2 , enquanto eram simultaneamente analisadas via MET. Os resultados demonstraram que, nas condições de irradiação utilizadas na primeira parte do trabalho, a precipitação de carbonetos de fases identificadas como MC e M23C6 ou M6C (sendo M um átomo metálico da liga) ocorre apenas nas amostras contendo bolhas de Ar. O tamanho dos precipitados e das bolhas depende tanto da temperatura como da dose de irradiação, assim como da concentração de Ar implantado. Já a segunda parte do trabalho mostra que o fluxo de irradiação desempenha um papel fundamental na cinética de nucleação e crescimento dos precipitados, devido ao efeito de superposição de cascatas. O estudo destes fenômenos abre novas perspectivas para a elucidação da formação de fases induzidas por irradiação, como discutido neste trabalho.