Caracterización de burbujas inducidas por irradiación de alta fluencia con iones de He en aluminio

DAVID RONDÓN; A. TOLLEY; E. A. SÁNCHEZ

La Falda, Córdoba

Congreso; Congreso SAMIC 2018; 2018

ASOCIACION ARGENTINA DE MICROSCOPIA

Caracterización de burbujas inducidas por irradiación de alta fluencia con iones de He en Al.David Rondón, Esteban Sánchez, Alfredo TolleyLos materiales puros y aleaciones al ser irradiados con iones o neutrones pueden presentan cambios en sus propiedades electrónicas, magnéticas [1,2] y mecánicas. En el caso de las propiedades mecánicas, los cambios son en general desfavorables, como es, por ejemplo, la fragilización por acumulación de He en los metales. El He puede provenir del propio haz de iones, o producto de reacciones nucleares (n,α). El estudio de los efectos que sufren los materiales sometidos a la irradiación, es importante al momento de la selección de estos para ser usados en la industria nuclear. En este trabajo se informan resultados de un experimento de irradiación con iones de He sobre aluminio puro, como parte de un programa más extenso que estudia la influencia de la microestructura sobre los efectos de irradiación. Los efectos de irradiación en aluminio han sido ampliamente estudiados y descritos [3-5], observándose la formación de ampollas en la superficie y burbujas en la estructura interna del material. Se prepararon discos de 3 mm de diámetro, mediante electroerosión y se redujo el esperor con lijas ultrafinas al agua. El daño generado por el lijado se eliminó mediante electropulido, usando como electrolito una solución 8% H2SO4, 2% HF, 85% Metanol, 5 % Glicerol (18 V, -25 °C).La irradiación se realizó en el acelerador de iones de 120 keV (Kevatrito) de la división de física de superficies y colisiones atómicas de Centro Atómico Bariloche, con iones He+ de 20 keV con una fluencia de 2,58 x1017 iones/cm2, equivalente a 15 desplazamientos por átomo (DPA), en alto vacío y a temperatura ambiente. Se realizó la caracterización microestructural mediante microscopía electrónica de transmisión utilizando los microscopios Philips CM200 y Tecnai F20, operados a 200 kV. La figura muestra una alta densidad de burbujas de He, que presentan el característico cambio de contraste entre imágenes subenfocadas y sobreenfocadas [5,6] (a, b, respectivamente). Las figuras c y d muestran imágenes de burbujas obtenidas con la matriz de aluminio orientada con los ejes de zona [001] (c) y [011] (d) paralelos al haz de electrones. Se observa una tendencia a la formación de facetas en las burbujas de mayor tamaño. En la orientación [001], la forma proyectada es un cuadrado, cuyos lados son paralelos a las direcciones de tipo [110]. En la orientación [011], la forma proyectada tiene facetas paralelas a los planos de tipo (111) y (100). Estas proyecciones indican que la forma de las burbujas es de un octaedro truncado, con facetas paralelas a los planos (111) truncadas por planos de tipo (100). La formación de facetas principalmente en planos (111), que son los de menor energía superficial, sugiere que la forma de las burbujas surge de la minimización de la energía total superficial. Un resultado similar fue observado por Wei et al. [7] en muestras de Cu y Au irradiadas con iones de 30 keV de He a temperatura ambiente con un recocido posterior a temperatura superior a 400°C. En nuestro trabajo se observaron burbujas facetadas en Al sin recocido posterior a la irradiación.Se midió la densidad de burbujas, obteniendo un valor de 1,06 x1017 burbujas/cm3. El espesor local de la muestra se determinó mediante la comparación de patrones de difracción de haz convergente en eje de zona con simulaciones [8]. [1] H. Thakur et al. (J. Appl. Phys. 110, 083718 (2011))[2] Pawanpreet Kaur et al. (J. Magn. Magn. Mater. 398, 220-229 (2016))[3] N. Kamigaki et al. (J. Nucl. Mater. 191-194(1992))[4] S. Furuno et al. (Microsc. Microanal. Microstruct. 4, 323-330 (1993))[5] E. Ruedl, et al. (J. Nucl. Mater. 62, 63-72 (1976))[6] G. S. Was, Fundamentals of Radiation Materials Science (Springer, 2017)[7] Wei et al. (Scripta Materialia 64, 430-433 (2010))[8] M. V. Castro Riglos, A. Tolley, (Applied Surface Science 254, 420-424 (2007))