Efectos de irradiación con iones de He en aleaciones de Al: influencia del flujo

S. SORIA; E. SÁNCHEZ; A. TOLLEY

Cartagena

Congreso; XII Interamerican Congress of Microscopy CIASEM 2013; 2013

El estudio de los efectos de la irradiación sobre el aluminio y algunas de sus aleaciones se inició por ser un material de baja actividad y bajo número atómico, por lo que se lo considera candidato para su empleo en la primera pared de los reactores, en forma de aluminio sinterizado (SAP), y aleaciones de aluminio. Se ha reportado que la implantación de He en Al genera la formación de rbubujas en el material [1,2] y ampollas en la superficie [3], encontrándose hasta 6 generaciones de ampollado sucesivas [4]. Sin embargo, en algunos casos, se ha observado una dependencia entre la densidad de ampollas y la dosis crítica de ampollado con la dose rate (flujo de iones incidente), por lo que un aumento en la dose rate conlleva a un aumento del ampollado en algunos materiales y a una diminución del mismo en otros [5]. En este trabajo se estudiaron los efectos de la densidad de corriente (flujo de iones incidente) sobre Al puro (99,999%) y Al-4%Cu (wt) en solución sólida, irradiando dichos materiales con iones de He+ de 20 keV a temperatura ambiente, con incidencia normal a la superficie, en el acelerador "Kevatrito" de la división ?Colisiones Atómicas y Física de Superficies? del Centro Atómico Bariloche. Se utilizaron densidades de corriente entre 1,9-3,5 µA.cm-2 (baja densidad de corriente) y 5-6 µA.cm-2 (alta densidad de corriente). La caracterización superficial se realizó con la ayuda del Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) Autoprobe CP de Park Scientific Instruments en la división ?Colisiones Atómicas y Física de Superficies?, cuyos datos se complementaron con las micrografías obtenidas con el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) FEI NanoSEM230 de la división ?Caracterización de Materiales? en el Centro Atómico Bariloche. Las irradiaciones se realizaron hasta alcanzar fluencias equivalentes a 3 dpa (5,16.1016 iones.cm-2), 7,5 dpa (1,29.1017 iones.cm-2) y 8,5 dpa (1,46.1017 iones.cm-2). En Al irradiado a 3, 7,5 y 8,5 dpa se encontró un notorio aumento del ampollado con densidades de corriente entre 5 y 6 µA.cm-2 respecto al encontrado con 1,9 a 3,6 µA.cm-2, utilizando las mismas fluencias, por lo que a igualdad de fluencia un aumento en la tasa de incidencia de iones (densidad de corriente) conlleva a un aumento en el ampollado (Fig. 1). El espesor de pared de las ampollas fue de 27030nm, lo que indica que el material se ampolla según el modelo de las tensiones laterales [6]. Para 3 dpa se encontró la formación de una segunda generación de ampollas y en 8,5 dpa se observó la formación de tres generaciones de ampollado (Fig. 2). En Al-Cu irradiado a 3 y 7,5 dpa con alta densidad de corriente se observó la existencia de un severo ampollado (Fig. 3), el cual se incrementó al aumentar la fluencia. Al mantener las condiciones experimentales constantes respecto de las irradiaciones realizadas con menores densidades de corriente, este aumento del daño solo puede deberse al aumento de la tasa de iones incidente sobre la muestra. Se presentó para ambos daños la formación de 2 generaciones de ampollado, lo que se observa mediante el crecimiento de nuevas ampollas en las regiones exfoliadas.