隨著核聚變技術(shù)的發(fā)展,材料的輻照損傷作為制約其發(fā)展的重要問題越來越受到人們的關(guān)注。材料在聚變堆服役時面臨著高溫、高密度等離子體濺射、腐蝕、中子輻照等一系列極端工況,這就要求材料具備良好的力學(xué)性能、抗中子輻照能力、抗等離子體濺射能力、耐腐蝕等諸多特性。近年來,高熵合金作為一種面向聚變堆抗輻照損傷的新型候選材料逐漸發(fā)展起來,其抗輻照損傷能力的評估以及輻照損傷機理都值得深入研究。高熵合金是一種新的合金設(shè)計理念,可通過多主元合金自身較高的熵值和原子不易擴(kuò)散的特性獲得熱穩(wěn)定性高的固溶相。高熵合金具有區(qū)別于傳統(tǒng)合金的特性,包括高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)以及性能上的"雞尾酒"效應(yīng),這些特性使高熵合金具有高的強度和硬度、耐腐蝕性能、抗高溫軟化性能、良好的軟磁性能等優(yōu)勢。目前高熵合金的輻照損傷研究主要通過離子輻照進(jìn)行,集中在位錯環(huán)演化、氦泡演化以及相穩(wěn)定性的研究等方面。研究發(fā)現(xiàn),離子輻照后高熵合金中的位錯環(huán)、氦泡的尺寸被顯著減小,這歸因于高熵合金基體本身存在較大的畸變,它們作為吸附空位、氦原子等缺陷的阱緩解了輻照損傷。另外,目前針對聚變堆的高溫工況,開發(fā)了以V、Hf、Ta、W等高熔點元素為主元... 

【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(17)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

FeCrNiMn高熵合金與奧氏體不銹鋼的位錯環(huán)密度受輻照溫度的影響[31]

有研究對比了高熵合金與不銹鋼的抗輻照損傷性能。Tunes等[38]在透射電鏡下對FCC結(jié)構(gòu)的CrFeNiMn高熵合金與AISI-348奧氏體不銹鋼進(jìn)行了原位輻照,輻照條件是室溫,注入離子為60 keV的He離子與134 keV的Xe離子,最大注量為4 dpa。隨后對輻照后的樣品在673 K下進(jìn)行原位加熱,使材料中產(chǎn)生的氣泡聚集長大。研究發(fā)現(xiàn),高熵合金中氦泡與氙泡的長大速度比其他材料緩慢。Yang等[39]研究了純Ni、304不銹鋼以及CoCrFeNiMn高熵合金在室溫和450 ℃下200 keV的He離子注入約17 dpa時的輻照損傷行為。研究發(fā)現(xiàn),室溫下,三種材料中氦泡的平均尺寸相同,都在2 nm左右;而450 ℃下,高熵合金中氦泡的平均尺寸最小、密度最大,如圖5所示。這說明CoCrFeNiMn高熵合金在450 ℃下的抗離子輻照能力要優(yōu)于304不銹鋼, 推測是高溫時高熵合金由于高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng),空位擴(kuò)散能力低于304不銹鋼。圖5 樣品的TEM圖像:

圖4 500 ℃下1.5 MeV和3 MeV的Ni離子輻照到(a) 3×1015 cm-2,(b)5×1016 cm-2后不同合金中的氣泡分布圖,放大圖中的標(biāo)尺為50 nm[33]最新研究報道了高熵合金的氦泡抑制原理。Wang等[40]對比研究了ZrTiHfCuBeNi和ZrTiHfCuBe兩種高熵合金在100 keV的He離子室溫輻照1.0×1018 ions/cm2的輻照行為,發(fā)現(xiàn)ZrTiHfCuBeNi合金的抗輻照性能(氦泡產(chǎn)量與硬度增量)要優(yōu)于ZrTiHfCuBe合金,認(rèn)為是由于ZrTiHfCuBeNi合金具有更大的混合熵和負(fù)的混合焓。Velisa等[41]對NiCoCr合金進(jìn)行了150 K、300 K和500 K的1.5 MeV Ni離子注入,發(fā)現(xiàn)合金在300 K以下有良好的抗輻照性能,在300 K以上,由于有序度的逐漸喪失,合金的抗輻照性能有所降低,如圖6所示。這說明大的混合熵、負(fù)的混合焓以及良好的有序度可以提高高熵合金的抗輻照性能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3414988