Научная статья на тему 'ЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА ОКИСЛЕННОГО СПЛАВА Mo-Zr'

ЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА ОКИСЛЕННОГО СПЛАВА Mo-Zr Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
25
6
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Science and innovation
Ключевые слова
эмиссия / молибден / цирконий / эффект Киркендалля / диффузия / адсорбция / выход работы / температура / поверхность / Ойе-спектр / окисление / концентрация / сплав кислород цезий / атмосфера / растворение / стабилизация. / emission / molybdenum / zirconium / Kirkendall effect / diffusion / adsorption / work function / temperature / surface / Auger spectrum / oxidation / concentration / oxygen cesium alloy / atmosphere / solubility / degassing / stabilization.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Сабиров А.К

В данной стране изучались эмиссионные свойства окисленных сплавов тугоплавкиx металлов Mo-Zr в потоке атомов цезия. Целю настоящей работы является уменьшение значения работы выхода системы сплав кислород цезий. Добавка молибдена 3 атомныx% циркония увеличивает величину и стабильность эмиссии в потоке атомов цезия при его окислении в атмосфере кислорода при температуре его Т = 1200К. Прочность сплава Mo-Zr исследовали методом электронной спектроскопии Одже.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EMISSION PROPERTIES OF OXIDIZED Mo-Zr ALLOY

This article studied the emission properties of oxidized alloys of refractory metals (Mo-Zr) in a stream of cesium atoms. The aim of this work is to reduce the value of the work function of the alloy oxygen cesium system. The addition of 3 atomic% zirconium to molybdenum increases the value and stability of emission in the flux of cesium atoms during its oxidation in an oxygen atmosphere at its temperature T = 1200K. The surface of the Mo Zr alloy was studied by Auger electron spectroscopy.

Текст научной работы на тему «ЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА ОКИСЛЕННОГО СПЛАВА Mo-Zr»

ЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА ОКИСЛЕННОГО СПЛАВА Mo-Zr

Сабиров А.К.

И.О. доцент ТГПУ имени Низами https://doi. org/10.5281/zenodo.6760597

Аннотация. В данной стране изучались эмиссионные свойства окисленных сплавов тугоплавких металлов Ыо-2г в потоке атомов цезия. Целю настоящей работы является уменьшение значения работы выхода системы сплав - кислород - цезий. Добавка молибдена 3 атомных% циркония увеличивает величину и стабильность эмиссии в потоке атомов цезия при его окислении в атмосфере кислорода при температуре его Т = 1200К. Прочность сплава Ыо-2г исследовали методом электронной спектроскопии Одже.

Ключевые слова: эмиссия, молибден, цирконий, эффект Киркендалля, диффузия, адсорбция, выход работы, температура, поверхность, Ойе-спектр, окисление, концентрация, сплав - кислород - цезий, атмосфера, растворение, стабилизация.

Abstract. This article studied the emission properties of oxidized alloys of refractory metals (Mo-Zr) in a stream of cesium atoms. The aim of this work is to reduce the value of the work function of the alloy - oxygen - cesium system. The addition of 3 atomic% zirconium to molybdenum increases the value and stability of emission in the flux of cesium atoms during its oxidation in an oxygen atmosphere at its temperature T = 1200K. The surface of the Mo - Zr alloy was studied by Auger electron spectroscopy.

Keywords: emission, molybdenum, zirconium, Kirkendall effect, diffusion, adsorption, work function, temperature, surface, Auger spectrum, oxidation, concentration, oxygen - cesium - alloy, atmosphere, solubility, degassing, stabilization.

ВВЕДЕНИЕ

Эмиссионные свойства сплавов окисленных тугоплавких металлов Mo-Zr в потоке атомов цезия. Целю данной работы является снятие значения работы выхода системы сплав - кислород - цезий. Введение 3-атомного х-циркония в молибден повышает величину и стабильность выбросов в потоке атомов цезия при его окислении в атмосфере кислорода при температуре его Т = 1200К. Прочность сплава Mo-Zr исследовали с помощью электронной спектроскопии Оже (ОЭС).

Исследование элементного состава поверхности сплава позволяет прогнозировать условия, необходимые для получения эффективных материалов для термоэмиссионных преобразователей энергии в системе сплав - кислород - цезий. Такое исследование позволяет выявить эффект Киркендалла при изменении поверхностного элементного состава сплава, где возможно образование интерметаллических композиций, таких как Mo2Zr. Таким образом, в настоящей работе методом ОЭС было изучено изменение состава поверхности Мо, легированного 3 ат.% Zr и 0,05 ат. % С. Концентрация углерода в сплаве может влиять на формирование пленки Zr на поверхности сплава, так как на может реагировать с Мо и Zr и образовывать ¡х карбиды. Таким образом, изменение интенсивности оже-пика для элементов поверхности сплава наблюдалось при термоанестезии в вакууме <5*10-10 Торр.

EMISSION PROPERTIES OF OXIDIZED Mo-Zr ALLOY

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

SCIENCE AND INNOVATION 2022

№ 3

INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL

В сплаве Mo-Zr, содержащем 3 ат. % Zr и 0,05 ат. % C, исследовали методом Оже--электронной спектроскопии. Исследуемые результаты демонстрируют сложную тенденцию температурной зависимости состава поверхности элемента в интервале от комнатной температуры до 2150 К. Уровень содержания примесей углерода и кислорода получен при температуре примерно от 1400 К до 50 К. В результате эффекта Киркендалла содержание Zr в 5 раз больше, чем при комнатной температуре из-за сильной диффузии атомов Zr на поверхность сплава.

Эмиссионные свойства сплава - кислород - цезий зависят не только от составляющих, но и от концентрации углерода, при которой не может быть достигнуто граничное значение около 1,2 эВ для работы выхода. Наличие примесей атомов углерода на поверхности сплава может приводить к возможному карбидообразованию, что препятствует формированию однородной одноатомной пленки Zr на поверхности сплава, а также пленки системы металл-кислород-цезий.

Эмиссионные свойства неокисленного сплава зависят от элементного состава поверхности. Согласно эффекту Киркендалла, атом легкоплавкого компонента - атом циркония выходит на поверхность молибдена. Это происходит, когда сплав нагревается и должна образоваться пленка диоксида циркония.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Добавление диоксида циркония к молибдену должно привести к следующему:

- воздействие Киркендалла на термическую обработку сплава Mo-Zr в вакууме, диффундирует атомарный цирконий на поверхность молибдена и должен образовываться пленочный диоксид циркония;

- структура пленки циркония длинная и имеет структуру, близкую к структуре тип ОЦК (объемно-центрированная кубическая), если она субмонослойная;

- по сравнению с чистым цирконием сплав молибдена с цирконием более тугоплавкий, что приводит к повышению стойкости системы металл-кислород-цезий;

- Добавление циркония к молибдену приводит к увеличению растворения кислорода в молибдене.

Oje-спектрометр был коммерческой модификацией IOS. 005 Спектрометр с цилиндрическим зеркалом и автоматическим набором данных. Образец сплава вырезают в виде диска толщиной около 1 мм и диаметром 8-10 мм. Обработку и обезгаживание образцов проводили с помощью бомбардировки пучком. Проверку и калибровку ож-спектров Mo и Zr проводили на термически дегазированных пластинах Mo и Zr. Это позволило откалибровать форму оже-пиков Mo и Zr, а также интенсивность тонких структурных пиков, поскольку низкоэнергетические оже-спектры очень близки по энергии.

На рис. 1 (а) Показания сплава oje-spectra, прогретого при 1127 К в течении 15 мин. Из рисунка видно, что Ойе-спектры Зр, Мо, С и О хорошо выражены. Это свидетельствует о том, что прочность сплава обогащена кислородом и углеродом. По-видимому, углерод существует в двойном состояниих, а именно в абсорбированном состоянии и в карбидной фазе.

SCIENCE AND INNOVATION

INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL

2022 № 3

E N E R G Y, эВ

Рис. 1. Оже-спектры расплавленного Mo-Zr после нагревания при 1127 К (а), 1692 К (б) и 2153 К (в)

За время работы выход электрона в поле, измеренный при полном токе, составил 3,95 эВ. Столь относительно высокое значение работы выхода сплава обусловлено присутствием атомов кислорода на поверхности сплава.

Ойе-спектр и работа выхода сплава измерялись через кайды 100 К. При температуре нагрева от 1650 К до 1750 К наблюдалось обогащение поверхности сплава атомами Zr. Оже-спектра поверхности сплава, прогретой при 1692 К в течении 15 мин. представлено на рис. 1 (б). Из рисунка видно, что концентрации кислорода и углерода примерно в два раза больше и углерода остается, возможно, только в карбидной фазе. Нагреть зажигание до 2100 К и довести его до резкого снижения концентрации углерода и кислорода на поверхности сплава. На рис. 1 (в) видно, что при нагреве сплава при 2153 К в течении 15 мин. Концентрации углерода и кислорода уменьшались за 1,5-2 года. Следует отметить, что эти концентрации атомов Зр уменьшаются из-за ix испарения с поверхности.

Поверхность сплава Мо-Зр ачуется от примесей в процессе термического нагрева. Поверхностный состав сплава изучался методом электронной спектроскопии. Mo-Zr отчетливо проявляються в спектрах циркония, молибдена, углерода и кислорода по поверхности сплава. Отсюда следует, что прочность сплава обогащается кислородом и углеродом. При этой операции выход сплава Mo-Zr, определенный методом полного тока,

SCIENCE AND INNOVATION 2022

№ 3

INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL

составляет 3,95 эВ. Такое относительно высокое значение работы выхода сплава обусловлено наличием кислорода на поверхности.

При повышении температуры фиксируется температура регистра 100К и определяется спектр поверхности и плавится выход выхода. Более интенсивное обогащение поверхности сплава атомами циркония наблюдалось при температуре нагревах Т = 650-1750К. После нагрева при температуре 1700К концентрация кислорода и углерода на поверхности сплава увеличивается до 2 градусов.

Нагрев сплава при температуре Т = 2100К приводит к резкому снижению концентрации углерода и кислорода на поверхности сплава. При нагреве при температуре Т=2150К в потоке в течение 10 минут концентрация углерода и кислорода уменьшается в 1,5-2 раза. В то же время необходимо отметить заметное увеличение концентрации атомов циркония по схеме ix испарения с поверхностью.

Минимальная концентрация углерода достигается при температуре Т = 1350-1400К. Это связано с окислением углерода кислородом при этой температуре. При этом наблюдается резкое увеличение оже-пика кислорода на поверхности сплава за счет его интенсивной диффузии из нутри. Окисление при этой температуре расплавов в атмосфере кислорода приводит к заметному повышению концентрации кислорода, но не к полному исчезновению эго.

Следует отметить, что интенсивная диффузия циркония по поверхности сплава происходит при температуре 1650-1750К. Длительная выдержка при этой температуре приводит к обогащению поверхности атомами циркония. Это означает, что эффект Киркендалла эффективен для лечения Мо^г. Пренебрегая вероятностью образования интерметаллида типа Mo2Zr, происхо это интенсивное обогащение поверхности сплава атомами циркония. В этом случае поверхность также обогащается атомами углерода.

ОБСУЖДЕНИЕ

Как мы наблюдали на поверхности сплава W-Zr, наличие атомов углерода на поверхности сплава не позволяет получить сплошную пленку циркония на поверхности. Углерод взаимодействует с атомами молибдена и диоксида циркония, образуя пленку циркония на поверхности молибдена. Такая неоднородность поверхности, а также наличие атомов углерода сильно влияет на эмиссионные свойства системы сплав -кислород - цезий.

Наибольшая концентрация циркония на поверхности достигает при ее нагреве до температуры 1700 К. Поэтому в этих условиях сплав выдерживает стабилизацию выхода ЭГ, а затем окисляет сплав Мо^г при Т = 1100 - 1400 К в атмосфере с кислородом 3-5*106 Тор в течение 30 минут. Наименьшее значение работы выхода окисленного сплава Мо-Зр в потоке атомов цезия наблюдается при его окислении при температуре

Т = 1400 К и составляет 1,30-1,35 эВ.

Отмечено, что сильная диффузия Zr на поверхности сплава при температурах 1650-1750 К. На данный момент ясно, что эффект Киркендалла действителен для то^г Таким образом, несмотря на возможное образование интерметаллидов типа Mo2Zr, поверхность сплава сильно обогащена атомами Zr. Более того, при температуре от 1600 К до 1800 К поверхность была обогащена углеродом. Увеличение количества атомов углерода на поверхности, препятствующее образованию на ней сплошной пленки Zr, наблюдалось на сплаве № - Zr. Возможно, что реакции между Мо, Zr и атомом углерода

С на пленке Zr, образовавшейся на поверхности Мо. Образование карбида Zr, а не карбида Мо, термодинамически более выгодно. С другой стороны, высокий температурный коэффициент выхода сплава Мо^г (1*10-4 эВ/К) способствует неоднородности поверхности. Такая неоднородная поверхность, а также наличие атома углерода влияет на эмиссионные свойства системы сплав - кислород - цезий.

Наибольшая концентрация Zr достигает по поверхности, нагретой примерно до 1700 К. Сплав подвергся воздействию этих условий до стабилизации его работы выхода, а также других спектров элементов. Затем сплав окисляют при температуре от 1100 до 1400 К в кислороде воздуха при давлении 5*10-6 Торр в течение 30 мин. Достигнуть минимальных значений между 1,30 эВ и 1,35 эВ в работе выхода для сплава, окисляемого при 1400 К в потоке атомов цезия, что не является предельным уровнем 1,2 эВ для работы выхода. Такая операция окисления, по-видимому, связана с минимизацией концентрации атомов углерода на поверхности. Эти количества углерода предотвращают возможное образование кластеров MonOmCs, ответственных за эмиссионные свойства. Таким образом, эффект Киркендалла справедлив и для сплава Мо^г при нагреве в вакууме при температуре 1650-1750 К, когда его прочность обогащается атомами Zr. Однако значительная концентрация углерода препятствует образованию однородной пленки Зр на поверхности сплава и, последовательно, получению граничного уровня 1,2 эВ для работы выхода в системе сплав - кислород - цезий.

Таким образом, эффект Киркендалла справедлив и для сплава Мо^г. Это происходит при нагреве в вакууме при температуре Т = 1650-1750 К и интенсивном нагреве поверхности сплава циркония. Однако наличие заметной концентрации углерода не позволяет получить однородную пленку циркония на поверхности сплава, последовательно, выити на работу выхода системы сплав - кислород - цезий на уровне 1,2

1. Сабиров А.К. Исследование эмиссионных свойств сплавов с цирконием. Вестник ТАДИ, 2018, № 2, 15-18

2. Сабиров А.К., Туламетов М.А., Каюмова М.Р. Эмиссионные свойства Мо1а^г, Точная наука, 2019, № 60, 2-3.

3. Физическая металлургия, Москва. издательство Мир. 1998 г.

4. Окисление металлов. Под редакцией Бенара. Москва.1996.

5. Палатник Л.С., Фукс М.Я., Косевич В.М. Механизм образования и структура конденсированных пленок. Москва, Изд-во Наука, 1997 г.

6. Бурибаев И. и др. Влияние химических изменений прочности сплавов ЭДЪ^г на эмиссионные свойства. Сборник научных трудов Физическая электроника, Ташкент.

ВЫВОДЫ

эВ.

Использованная литература

1987 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.