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On the Stable/Metastable Nature of the γ-Hydride Phase in Zircaloy-2: Microstructural Characterization by Electron Diffraction, Electron Energy-Loss Spectroscopy, and Diffraction Line Profile Analysis.

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作者
N.N. Badr,Fei Long,T. Lucas,Yan Luo,Matthew Topping,Levente Balogh,Laurent Karim Béland,Zhongwen Yao,Graham King,Mark R. Daymond
出处
期刊:Journal of Nuclear Materials [Elsevier]
卷期号:: 155058-155058
标识
DOI:10.1016/j.jnucmat.2024.155058
摘要

This work investigates the potential metastable versus stable nature of the γ-hydride in Zircaloy-2. Specimens were hydrided, and hydrides were precipitated through water-quenching. Synchrotron X-ray diffraction of the water-quenched sample revealed a diffraction peak with the d-spacing value of ∼2.70 Å. While this peak is conventionally attributed to {111}-γ planes, it could also stem from the (0004)-ζ plane. To clarify this ambiguity, the crystal structure of nano-hydrides was characterized by nano-beam electron diffraction (NBED) and electron energy-loss spectroscopy (EELS). While EELS detected nano-hydrides with plasmon energy (PE) values associated with the ζ-,γ-, and δ-phases, suggesting all three types of phases might be present, complementary NBED analysis revealed that regardless of the measured PE values, the examined nano-hydrides were of only γ- or δ-nature. Repeating the heating/quenching cycles reduced the γ-phase volume fraction until its complete disappearance after three cycles. δ-phase, however, was observed after each heating/quenching cycle. This observation, in accordance with previous reports, indicates the γ-phase is metastable in Zircaloy-2, such that even during water-quenching (which is conventionally believed to facilitate the formation of γ-phase) only δ-hydrides form in cases where microstructural conditions are suitable. Diffraction line profile analysis and transmission electron microscopy revealed an increase in dislocation density during the first heating/quenching cycle, with no noticeable variations during subsequent cycles. A mechanism is proposed that links microstructure (i.e., dislocation structure) evolution during heating/quenching cycles to the suppression of the (metastable) γ-phase.
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