聚变材料钨辐照后退火形成的位错环特性及inside-outside衬度分析

对纯钨透射电镜薄膜样品在400℃进行了58 keV、1×10^(17)cm^(-2)(约0.1 dpa)的氘离子辐照,辐照后进行了900℃/1 h的退火处理.离子辐照产生了平均尺寸为(11.10±5.41)nm,体密度约为2.40×10^(22)m^(-3)的细小位错环组织,未观察到明显的空洞组织.辐照后退火造成了位错环尺寸的长大和体密度的下降,分别为(18.25±16.92)nm和1.19×10^(22)m^(-3).通过透射电镜的衍射衬度分析,判断辐照后退火样品中的位错环主要为a/2<111>类型位错环.通过“一步法”inside-outside衬度分析判断位错环为间隙型位错环.辐照后退火还造成了较大位错环之间接触融合,形成不规则形状的大型位错环.此外,退火后样品中还观察到了尺寸为1—2 nm的细小空洞组织.

铁素体钢中氢对材料辐照肿胀行为的影响

利用离子加速器将氢离子注入ＪＦＭＳ合金试样，在超高压电子显微镜下进行电子辐照，对辐照空洞的形成过程进行原位观察，模拟研究了核反应（ｎ，ｐ）生成的氢对材料辐照肿胀的影响．实验结果表明，注氢主要对辐照空洞的形核产生促进作用，并由此促进材料的辐照肿胀．在５７０Ｋ辐照时，氢的这一促进辐照空洞形核的作用尚不十分明显，随着辐照温度的升高其作用逐渐增强．在６７０Ｋ辐照时，注氢可使辐照空洞的数密度增加一个数量级，材料的辐照肿胀率增加４倍左右．

材料辐照损伤中的点缺陷团簇与一维迁移现象

材料辐照损伤是核反应堆材料、尤其是核聚变堆材料所面临的重要问题.高能粒子(中子、离子、电子)辐照在材料中会产生大量的点缺陷,即自间隙原子和空位.这些点缺陷聚集在一起会形成自间隙原子团簇和空位团簇,从而对材料结构和性能的演化产生重要影响.空位团簇包括有空洞、层错四面体、空位型位错环,而自间隙原子团簇则只有自间隙型位错环.本文介绍了两种点缺陷团簇的性质、及其对于以材料辐照肿胀为主要内容的材料辐照损伤性能的影响.作为空位团簇,比较详细介绍了具有本课题组特色的空位型位错环的研究,同时分析了合金元素和氢同位素对空位型位错环的影响.在铁试样中形成的这种空位型位错环尺寸可达100 nm左右,该空位型位错环具有两种柏氏矢量,b=<100>和b=1/2<111>,前者的数密度比后者高一个数量级.对于自间隙原子团簇,则重点介绍了与其相关的一维迁移现象及其研究动态,该一维迁移性能有可能是影响高熵合金辐照性能的重要因素.

利用电子束辐照方法测定空位迁移能

本文研究了利用超高压电子显微镜测定空位移动能的方法。在引入试样表面与点缺陷相互作用的前提下,提出了新的计算公式。根据该公式,通过测定电子束辐照下位错环的生长速度,可以计算空位迁移能。

中国低活化马氏体钢CLAM研究进展

低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)被普遍认为是未来聚变示范堆和聚变动力堆的首选结构材料。国际上给予了高度重视,许多国家都在研发其特有的RAFM钢。中科院等离子体物理研究所在与国内外多家单位的合作下发展了中国低活化马氏体钢———CLAM。本文总结了CLAM钢研制发展的主要进展,包括其成分优化设计、冶炼加工制备工艺、物理性能、机械性能、辐照性能及与液态LiPb的相容性等测试与研究以及各种焊接工艺研究等,并对今后的发展方向进行了展望。

聚变堆低活化马氏体钢的发展

介绍了国际聚变堆低活化结构材料发展概况及趋势,以及国内发展自己特有的低活化马氏体钢的必要性。介绍了聚变堆结构材料——低活化铁素体/马氏体钢发展的必要性及迫切性,以及目前国际上包括欧洲、日本、美国等在此方面研究的进展概况及发展趋势,最后提出了国内发展自己特有的低活化马氏体钢——CLAM钢的必要性,并对目前的研究进展情况做了介绍。

TiO_2薄膜的制备方法及其对染料敏化太阳电池性能的影响

采用溶胶 凝胶、浆体涂敷、磁控溅射等方法制备了二氧化钛单层以及多层膜.通过透射电镜、扫描电镜以及X射线衍射实验分析了不同薄膜的结构.通过比较不同薄膜制作的染料敏化太阳电池性能探讨了薄膜结构的影响.实验所获得的电池开路电压可达708mV,短路电流可达13.26mA(电池面积为1.8cm2).

SrAl_2O_4∶Eu,Dy的粉末粒度与发光性能的关系

SrAl2 O4 ∶Eu ,Dy发光材料是近年来发展起来的一种高效的长余辉发光材料 ,具有绿色余辉。本实验对发光材料的粉末进行了粒度分级 ,研究了粒度的大小对发光效果的影响 ,粒度越小发光效果越差。利用扫描电镜分析了发光粉末的化学成分 ,探讨了影响发光的原因。

缓蚀剂对金属钆在水介质中腐蚀行为的影响

采用失重法、腐蚀电化学方法研究了NaOH、NH4OH、单宁酸和苯并三氮唑等缓蚀剂对金属钆在水介质中腐蚀行为的影响。在没有缓蚀剂的情况下,钆在水中发生明显的点蚀,腐蚀速度为0.152g.m-2.h-1。NaOH能有效地控制金属钆在水介质中的腐蚀,经8880h的长时间浸泡,钆表面依然呈现明显的金属光泽,没有失重与点蚀发生。当采用NaOH调节苯并三氮唑(BTA)溶液的pH值接近中性时,钆在其中长时间浸泡,同样没有失重发生,表观没有发现点蚀发生。选择合适的缓蚀剂,使得钆能够在水介质中不发生腐蚀,保证了磁制冷机的长时间正常运转。

纳米TiO_2薄膜的制备方法对NPC太阳电池性能的影响

采用溶胶凝胶法、粉末涂敷法在导电玻璃上制得纳米TiO2薄膜.X射线衍射实验表明该薄膜主要是锐钛矿相结构,透射电子显微镜测得薄膜晶粒尺寸为30nm左右,扫描电镜观察了薄膜的表面形貌.分析了这两种方法制得的纳米TiO2薄膜所组成的染料敏化太阳电池的性能,提出了一种新的制作纳米TiO2薄膜的方法.

中国液态锂铅包层材料研究进展

液态锂铅包层是国际上普遍关注和最有发展潜力的聚变堆包层概念设计之一,而包层材料是液态锂铅包层的核心问题之一.目前,液态锂铅包层普遍选用低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)作为结构材料,液态锂铅作为中子倍增剂及氚增殖剂.另外,部分设计采用了耐高温、电绝缘流道插件作为功能材料,以降低磁流体动力学效应及提高冷却剂出口温度(高于700℃).为适应液态包层的发展需求,中国科学院等离子体物理研究所FDS团队联合国内外相关研究单位,进行了具有中国自主知识产权的中国低活化马氏体钢(CLAM钢)及液态锂铅包层功能材料研发,并开展了锂铅热对流及强迫对流回路的设计、研制及腐蚀实验研究,以研究液态金属锂铅的流动特性及其与结构和功能材料的相容性.同时建立了聚变堆材料数据库平台,为促进中国聚变堆液态包层及材料技术的研究和发展提供数据支持.

硅对低活化马氏体钢电子辐照行为的影响

利用超高压透射电子显微镜研究了两种成分的低活化马氏体钢(CLAM钢)的辐照损伤行为。结果表明:电子辐照能在未添加硅的CLAM钢中产生辐照空洞;在450℃下辐照至14 dpa时,空洞数密度约为8.7×1021m-3,辐照肿胀率约为0.26%;在450℃下的辐照肿胀率明显比500℃下的高;当损伤率为2×10-3dpa/s时,添加合金元素硅能显著提高CLAM钢的抗辐照肿胀能力,未在添加硅的CLAM钢中实验观察到辐照空洞的形成。在450℃下进行辐照时,添加硅的CLAM钢出现明显的辐照共格析出现象。

低活化马氏体钢的微观结构与力学性能

介绍了作为聚变反应堆候选结构材料的低活化马氏体钢的基本设计思路,初步确定了材料的化学成分和热处理工艺,研究了材料的冶金特性、微观组织和力学性能。同时,对比了添加少量钇和硅对材料性能的影响,发现添加硅可以提高材料强度,同时能保证材料具有足够的塑性和韧性;钇的添加对改善材料的塑性很有帮助,但是会使材料强度降低。

溶解促进位错发射、运动导致黄铜薄膜应力腐蚀的TEM原位观察

用特殊设计的恒位移加载台可以在ＴＥＭ中原位观察黄铜在纯水中局部溶解前后裂尖位错形核的变化，从而可以确定局部阳极溶解对位错发射、增殖和运动的影响；也可原位观察纳米级应力腐蚀（ＳＣＣ）裂纹的形核和扩展．结果表明，加用薄膜试样，黄铜在室温高纯水中能发生ＳＣＣ．在裂纹形核前，通过阳极溶解的促进作用，在低应力下就能导致位错的发射、增殖和运动．当溶解引起的位错发射、运动达到临界状态时，纳米级微裂纹就将在无位错区中不连续形核或从原裂纹顶端连续形核．和空气中原位拉伸不同，ＳＣＣ时由于介质的作用，己形核的微裂纹并不钝化成空洞或缺口，而是解理或沿晶扩展．

硅对CLAM钢微观结构和力学性能的影响

文章研究了合金元素硅对CLAM钢的力学性能和微观结构的影响。实验表明,在CLAM钢中添加0.2%的Si会使其屈服强度和抗拉强度明显提高,同时使CLAM钢的韧脆转变温度升高,韧性降低。在光学显微镜下观察,CLAM钢呈现回火马氏体组织,Si的添加使奥氏体晶粒细化,致使CLAM钢的强度升高、韧性降低。在透射电子显微镜下观察,回火板条马氏体是其主要结构,存在针状和颗粒状两种形态的碳化物;利用透射电子显微镜选区衍射方法可知,呈颗粒状的碳化物是M23C6型碳化物。Si的添加使马氏体板条的宽度变小。

氢离子辐照纯钒中形成的位错环

钒合金作为聚变堆候选材料,其辐照损伤行为一直是关注的重点.研究辐照时形成的位错环的性质,其意义在于揭示纯钒中辐照空洞的长大机理.这种机理表现为不同类型位错环对点缺陷吸收的偏压不同,从而影响金属的辐照肿胀.本文利用加速器对纯钒薄膜样品进行氢离子辐照,然后,利用透射电镜的inside-outside方法分析氢离子辐照所形成的位错环的类型.结果表明,在氢离子辐照纯钒中没有发现柏氏矢量b=<100>的位错环,只有柏氏矢量b=1/2<111>和b=<110>的位错环,这两种位错环的惯性面处于110—112之间.能确定性质的位错环全部为间隙型位错环,未发现空位型位错环.

CLAM钢的钨极氩弧焊及焊接后的结构与性能

利用钨极氩弧焊（TIG）焊接方法对中国自行研制的低活化铁素体／马氏体（CLAM）钢进行焊接试验，分别采用了Y型坡口和双Y型坡口两种焊接工艺。对焊接件各部分的硬度和显微结构进行测试分析，利用透射电镜观测材料的微观形貌并进行析出物相分析，以此对CLAM钢的焊接性能进行初步评价。观察发现，焊缝区没有产生缩孔和裂纹；焊缝区和母材的微观形貌主要为板条马氏体，板条宽度约为600nm，其析出物均为20～200nm的M23C6型碳化物；经过焊后热处理，焊缝区、热影响区和母材的硬度之间的差别减小。

ODS钢搅拌摩擦焊接头的微观组织及其高温力学性能

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)技术对氧化物弥散强化(oxide dispersion strengthen,ODS)铁素体钢进行了焊接,并对焊接工艺进行了优化.当转速为150 r/min,焊接速度为30 mm/min时可以获得无焊接缺陷的ODS钢焊接接头.结果表明,采用FSW焊接的ODS钢接头的微观组织出现明显的洋葱环结构,搅拌区为等轴再结晶晶粒,前进侧热机影响区表现出明显的塑性流动的特征,热影响区的晶粒较母材也发生了明显改变.接头的高温拉伸性能偏低,但经过温度1 150℃,时间1 h的热处理后,其高温拉伸性能得到大幅提高,与母材拉伸性能接近.

液体金属吸附促进位错发射的分子动力学研究

用第一原理算出 Ｒｏｓｅ方程中的参量后，利用陈氏反演原理可以求出 Ａｌ－Ｇａ和 Ｃｕ－Ｇａ 的对势；从而可研究Ａｌ和Ｃｕ裂纹表面吸附液体金属Ｇａ之后对裂尖发射位错的影响． 结果表明，Ａｌ吸附Ｇａ后可使发射位借的临界应力强度因子从Ｋ_（Ｉｅ）＝０．５ＭＰａｍ^（１／２）降为 Ｋ_（Ｉｅ）＝０．４ＭＰａｍ^（１／２）；对Ｃｕ则从Ｋ_（Ｉｅ）＝０．５５ＭＰａｍ^（１／２）降为Ｋ_（Ｉｅ）（Ｌ）＝０．４５ＭＰｍ^（１／２），即 Ｇａ吸附后能促进位错的发射．另外，吸附 Ｇａ之后裂尖前方容易产生空位团及 Ｆｒａｎｋ位借。

铁素体/奥氏体异种钢焊接接头的微观组织及其力学性能

采用钨极氩弧焊(TIG)对铁素体钢501B和奥氏体钢316LN进行了焊接,对焊接接头的微观组织和力学性能进行了检测分析。结果表明:铁素体侧热影响区出现了粗大的组织,而奥氏体侧热影响区的晶粒只发生了轻微长大。熔合区形成了晶粒细小的等轴晶,焊核区的中心部分形成了垂直于焊接方向的柱状晶。合金元素在两侧熔合区均发生了一定程度的扩散。焊接接头硬度分布不均,波动较大,且存在硬度陡降的薄弱区。室温拉伸结果显示,试样断裂在316LN母材处,断口为韧性断裂。高温拉伸试样断裂在焊缝区,断裂形式为脆性断裂和韧性断裂相结合的混合断裂。