氦离子辐照能量对钨中He泡形成的影响

以金属钨为研究对象,研究了不同能量的He+辐照对钨中He泡形成的影响。在600℃下分别用12ke V和20 ke V的He+辐照,辐照剂量为5×1020He+/m2,通过透射电镜(TEM)对辐照前后样品的微观结构进行表征。研究结果表明,钨在2个能量的He+辐照后都有He泡的产生,在12 ke V的He+辐照下,氦泡的平均尺寸约为2.19 nm,数密度为1.5×1023/m3;在20 ke V的He+辐照下,氦泡的尺寸约为1.52 nm,数密度为3.0×1023/m3。随着He+辐照能量增加,钨中He泡的平均尺寸减小,但体密度变大。

He泡对镍基合金腐蚀性能的影响

为了明确辐照对熔盐环境中合金腐蚀性能的影响,采用1.2 MeV的He离子对镍基UNS N10003合金进行了剂量为5×1015ions?cm-2和5×1016ions?cm-2的辐照实验,并将未辐照和辐照后的合金置于650℃的FLiNaK熔盐中进行200 h的腐蚀实验。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对合金的表面形貌、元素分布及微观结构进行了分析。结果表明:低剂量下辐照未发现对合金腐蚀有明显的影响;高剂量下辐照后,合金中产生了He泡;在熔盐中腐蚀后,合金表面出现孔洞且Cr元素大量流失。利用纳米压痕技术对高剂量下辐照的合金在熔盐环境中的硬度演化行为进行了研究。结果显示:辐照后的合金硬度为4.12 GPa,腐蚀后的合金硬度为2.65 GPa,辐照腐蚀后的合金硬度为3.16 GPa,是辐照和腐蚀综合作用的结果。

掺He钛膜中He泡的演化研究

本文利用慢正电子束分析(SPBA)和透射电子显微镜(TEM)方法研究了钛膜内He相关缺陷的演化.实验结果表明:室温下,钛膜中的He主要形成均匀的小He泡.随着He浓度的增大,He泡的密度相应地增加.在973K高温退火后,在含高浓度He的钛膜样品中观测到大He泡的出现.实验结果表明迁移合并和较大He泡周围的级联融合共同作用导致了大He泡的形成.

高He通量注入条件下F/M和ODS钢中纳米微结构对He泡形核和长大的影响

利用LEAF装置提供的2 MeV的He离子,在500和600°C分别对新型F/M钢-SIMP钢和ODS钢(MA956和Eurofer-ODS钢)注入1×10^(17) ions/cm^(2)的高通量He离子,借助透射电子显微镜,表征了辐照后三种材料的肿胀行为,验证了各材料中纳米微结构(晶界,析出相和纳米氧化物)对辐照后He泡成核和长大的影响。结果表明,基于材料中晶界和析出相对He泡生长的抑制作用,温度为500°C时,SIMP和Eurofer-ODS钢表现出较高的抗辐照肿胀性能,而MA956中纳米界面He泡成核和长大作用不明显,表现出较差的抗辐照肿胀性能;此外,温度为600°C时,Eurofer-ODS钢由于其晶界和氧化物界面的较强作用,表现出较好的抗辐照肿胀性能。总体来说,在高He通量注入条件下,材料中纳米结构的存在会抑制He泡长大的过程,但不同材料中纳米结构对He影响作用不同。

He注入单晶Si表面形貌的变化研究

沿Si的(100)面注入He离子,能量为30keV、剂量为5×1016ions/cm2。注入后样品切成几块,在真空炉中分别做退火处理,退火温度从600℃到1000℃,退火时间均为30min。利用原子力显微镜研究了各个样品表面形貌的演化。发现样品表面形貌与退火温度相关联。假设在气泡中He原子与空位的比值很高,导致样品内部存在高压的He泡,从而使样品表面形貌发生变化。探讨了在Si中He泡随退火温度的演化和He原子在材料中的释放机制及其对表面的影响。

He离子辐照碳化钨样品的实验研究

采用能量为100 keV的He离子辐照多晶碳化钨样品,He离子的辐照剂量为1.0×1017ions·cm-2,辐照温度从室温变化到600℃。通过SRIM软件模拟了离子的注入深度,利用导电式原子力显微镜(CAFM)分析了多晶碳化钨样品在He离子辐照条件下微观结构的演化。结果表明,He离子辐照会导致多晶碳化钨样品形成He泡,从而使样品表面发生肿胀。

Pd粉及Pd_(91.31)Y_(8.50)Ru_(0.19)合金膜的氚老化效应

为了解Pd及其合金贮氚（T）老化后.^3He在材料中的存在形式及分布状态.利用XRD与TEM分别分析了贮T老化1.6和3.5 a的Pd粉,以及贮T老化41和295 d的Pd91.31Y8.50Ru0.19合金膜的结构变化.结果表明：T老化使得Pd粉的XRD峰变宽且峰强降低,晶格发生畸变,同时,衍射峰略向低角度偏移,晶格发生膨胀,1.6和3.5 a老化后,晶格常数分别增加0.095%和0.11%;在老化41 d的Pd91.31Y8.50Ru0.19合金膜中,观察到分布均匀、直径约为1 nm的He泡,同时存在高密度的位错及位错环,在老化295 d的样品中,He泡直径略微增加,达1.2-1.4 nm,且分布均匀,位错及位错环密度降低.

分子动力学研究He对钨Σ3{112}对称晶界拉伸性能的影响

使用分子动力学方法计算模拟了Σ3{112}晶界上含有不同大小和浓度He泡的钨晶体的拉伸性能。应用共近邻分析法和位错分析法分析了晶体屈服前的微观结构演化机理。结果表明:当晶界上无He泡或只含有小尺寸单He泡时,在拉伸屈服前都经历了弹性阶段和结构相变阶段;在结构相变阶段,晶格原子的相对位置发生了变化。拉伸过程中,小He泡造成的晶格损伤会自动恢复,对晶体屈服应力和屈服应变无显著影响,He泡的能量受周围晶格钨原子间距的影响。晶界上的大尺寸He泡造成晶格损伤无法恢复,并且He泡越大,晶格损伤越大,相应地屈服应变、屈服应力和弹性模量越小。晶界上高浓度的He泡易导致晶界脆化,使钨晶体在屈服后就开始断裂分离。

GH3535合金焊缝高温氦离子辐照效应

焊缝因其组织及力学性能不均匀性常被视为结构材料的薄弱环节。本工作对焊缝进行高温氦离子辐照效应研究,明确辐照缺陷在焊缝与母材中的演化差异。850℃下,对GH3535合金焊接接头进行2×10^(16) ions/cm^(2)氦离子辐照,利用TEM和纳米压痕仪对焊缝和母材的微观结构及力学性能进行表征,对比分析高温下焊缝中微观缺陷的演化行为及力学性能变化。结果表明,850℃下,焊缝中He泡多分布在位错线和碳化物-基体界面上,碳化物-基体界面上的He泡较位错线上的He泡尺寸更小,密度更高;焊缝中峰值处He泡平均数密度小于母材,尺寸略大于母材,而位错环的数密度和尺寸均小于母材。纳米压痕结果表明,同样辐照条件下,焊缝的辐照硬化程度(36%)约为母材(70%)的一半。经DBH模型计算确认辐照后样品中He泡和位错环是造成辐照硬化的主要因素。分析认为,高温下纳米碳化物和位错线对He原子以及间隙子的捕获是导致焊缝与母材辐照行为差异的关键原因。

辐照与He协同作用对低活度铁素体／马氏体钢F82H微观结构的影响

利用散裂中子源模拟聚变环境辐照F82H铁素铁/马氏体钢,辐照温度为150-450℃,辐照剂量为6.1-20.2 dpa.对不同温度和剂量辐照后样品的微观结构进行了TEM观察,结果表明,当辐照温度高于208℃,辐照剂量高于9.5 dpa,He浓度高达680×10^(-6)时的样品中存在尺寸约为1.6 nm的高密度He泡.分析了辐照剂量、温度以及嬗变He浓度对F82H钢微观结构的影响.