【摘要】：熔鹽堆由于高溫、強腐蝕和高中子劑量的服役環(huán)境特點，需要抗輻照、耐高溫熔鹽腐蝕的鎳基合金做結(jié)構(gòu)材料。但當(dāng)鎳基合金受到中子輻照后易生成氦，從而可能產(chǎn)生氦脆問題。氦脆的產(chǎn)生不僅使合金性能降低、壽命縮短，甚至帶來災(zāi)難性的后果。美國橡樹嶺國家實驗室研發(fā)的鎳基Hastelloy-N合金，已經(jīng)成功應(yīng)用于MSRE熔鹽堆中。我國的釷基熔鹽核能系統(tǒng)TMSR項目中，已經(jīng)研發(fā)了鎳基GH3535高溫合金，其熱力學(xué)性能、耐熔鹽腐蝕性能得到一些驗證，但其抗輻照性能有待考驗。盡管關(guān)于純金屬和特定合金中氦行為的研究很多，但對研發(fā)未來熔鹽堆用抗輻照抗高溫合金，以及對現(xiàn)有材料改性提高其抗輻照能力，需要研究清楚在熔鹽堆工況下，氦的產(chǎn)生對合金材料的微觀結(jié)構(gòu)影響，如缺陷的演化、氦泡的形核長大機制，以及氦的產(chǎn)生對合金力學(xué)機械性能的影響。 本研究主要基于離子束技術(shù)，研究了國產(chǎn)鎳基合金（GH3535）和進口鎳基合金（Hastelloy-N）中的氦行為，研究了氦離子束輻照后鎳基合金微觀結(jié)構(gòu)及微觀應(yīng)變的變化，微觀結(jié)構(gòu)演化與合金硬化之間的關(guān)系，氦泡形成、聚集和遷移行為，以及氦含量在合金表面的深度變化，同時研究了氦離子輻照和熔鹽腐蝕對合金的綜合影響。 鎳基GH3535合金經(jīng)70keV氦離子束輻照后，進行了不同溫度的退火，結(jié)果顯示，經(jīng)較低溫度的退火，微觀應(yīng)變隨退火溫度的上升而增大；當(dāng)退火溫度上升到973K及以上溫度時，微觀應(yīng)變量急劇下降至未被輻照時值。輻照產(chǎn)生的缺陷使樣品的微觀應(yīng)變增加，873K~973K溫度的退火，在合金樣品中產(chǎn)生了納米級氦泡和缺陷團簇，且隨退火溫度的增加，氦泡密度數(shù)和尺寸變大，缺陷團簇聚集，導(dǎo)致微觀應(yīng)變增加。當(dāng)973K及以上高溫退火，由于氦的遷移致氦泡消失，以及缺陷團簇的熱回復(fù)使微觀應(yīng)變降低。 鎳基Hastelloy-N合金經(jīng)過不同能量和劑量的氦離子輻照后硬度增加，其硬度增加值與劑量成正比。隨著入射氦離子能量的增加，合金受到的輻照損傷深度增加，在劑量相同的情況下，合金樣品平均損傷減小，硬度增加值減小。經(jīng)過873K真空退火后，合金硬度增加值減小，但仍保持著隨劑量增大而增加的規(guī)律。氦離子輻照后合金內(nèi)產(chǎn)生的尺寸為1nm~7nm的黑斑（缺陷）阻止位錯線的滑移運動是造成合金硬化的主要原因，退火后合金內(nèi)部分黑斑（缺陷）的消失，是造成硬度增加值減小的原因之一。經(jīng)過873K退火后合金內(nèi)小尺寸的氦空位復(fù)合體聚集形成尺寸較大的氦空位復(fù)合體，而彈性反沖探測測得氦含量相對于退火前有所減少，說明氦空位復(fù)合體數(shù)量急劇減少，這也可能是合金硬化得到部分回復(fù)的原因之一。 鎳基合金在熔鹽堆服役環(huán)境中，是在高溫熔鹽腐蝕環(huán)境中受到輻照損傷的。為了研究Hastelloy-N合金被熔鹽腐蝕后的抗輻照性能，對Hastelloy-N合金進行了973K高溫FLiNaK熔鹽腐蝕100h，腐蝕后樣品表面特別是晶界處生成了孔洞，，腐蝕層厚度約20μm，腐蝕層內(nèi)Cr和Fe元素流失而Ni元素有部分富集。腐蝕樣品經(jīng)過70keV氦離子輻照后，表面孔洞密度急劇增加，但當(dāng)輻照劑量達到一定值后，表面孔洞反而有所減少，表面趨于平坦。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TL426;TL341

【參考文獻】

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本文編號：2708437