Nanoeindruckprüfung und Transmissions-Elektronenmikroskopie von ionenbestrahlten Eisen-Chrom-Legierungen

C. Heintze

Die Werkstoffe der Kernbauteile von Reaktoren der IV. Generation sind Neutronenfluenzen bis ca. 100 dpa und Temperaturen bis 600 °C und mehr ausgesetzt. Diese Bestrahlungsbedingungen stellen an die Werkstoffe gewaltige Anforderungen. Ein ausgewogenes synergistisches Wechselspiel aus Versuchen und Modellrechnungen ist zur Entwicklung tauglicher Werkstoffe nötig. Ionenbestrahlungsversuche können dazu viel beitragen, weil sie kurze Bestrahlungszeiten und eine flexible Wahl der Bestrahlungsparameter ermöglichen. Wegen der geringen Eindringtiefe der Ionen bedarf es zur Charakterisierung der von Ionen hervorgerufenen Schäden besonderer Verfahren, wie z. B. der Nanoeindruckprüfung. Inwieweit die von Neutronen und von Ionen hervorgerufenen Bestrahlungsreaktionen aufeinander übertragbar sind, ist nach wie vor umstritten. Dennoch eignet sich die Bestrahlung mit Ionen in Kombination mit einer Nanoeindruckprüfung ausgezeichnet zur wirksamen Beurteilung von Werkstoffen. Eine Werkstoffgruppe, die für die IV. Generation von Reaktoren in Betracht gezogen wird, sind ferritische/martensitische Chromstähle. Als erster Schritt zu einer Erklärung werden in der vorliegenden Untersuchung binäre Fe-Cr-Legierungen von handelsüblicher Reinheit mit unterschiedlichem Cr-Gehalt behandelt. Die Arbeit konzentriert sich auf die Wirkungen von Cr. Die Bestrahlung mit Ionen wurde zur Simulation der durch Neutronen hervorgerufenen Schäden eingesetzt. Die dünne geschädigte Schicht wurde mechanisch und in ihrem Mikrogefüge mittels Nanoeindruckprüfung und Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Der von Ionen verursachte Schaden wird mit der Schädigung durch Neutronenstrahlung bei denselben Legierungen verglichen.