發(fā)布時間：2021-09-09 09:38

　　盡管人們在半個世紀前就已經在Fe-Cr-Ni體系中發(fā)現主元濃度的改變對合金的抗輻照腫脹性能有重要影響,但在很長一段時間內未能系統深入地理解其中的物理機制,也未能據此形成依托主元調控的體系化的抗輻照合金設計方法。高熵合金的出現和發(fā)展拓展了抗輻照材料的設計空間,同時也為系統研究合金主元對輻照損傷的影響機制提供了理想的平臺。近年來,針對高熵合金開展了一系列載能粒子（包括電子、離子和中子）輻照實驗,力圖揭示輻照下主元特征（包括數目、種類和濃度等）對合金微觀結構和性能演化的影響�，F有結果表明,通過調控輻照下的能量耗散過程以及缺陷的形成能和遷移能,化學復雜度較高的合金中輻照缺陷演化在總體趨勢上有所減緩,尤其是間隙原子型缺陷團簇尺寸下降,在高溫輻照下對孔洞以及氦泡的形成也有所抑制。盡管已有實驗證據表明,通過適當的主元調控可以在保持合金組織結構的情況下提升其抗輻照性能,但是必須指出,不同主元組合和結構的高熵合金在不同輻照條件（溫度、劑量、粒子種類）下的穩(wěn)定性、腫脹及力學性能演化有著較大的乃至定性上的差異,因此目前并不能簡單地得出高熵合金在整體上是否具有更好的抗輻照性能的結論。本文回顧并整理了關于高熵合... 

【文章來源】：材料導報. 2020,34(17)北大核心EICSCD

【文章頁數】：13 頁

【部分圖文】：

(a)Fe-Ni-Cr合金中輻照腫脹隨Ni、Cr含量的變化[12];(b)Ni和NiCu合金在14 MeV Ni離子輻照以及注入0.05‰ He下的缺陷形貌[15]

根據上述實驗現象以及相關分子動力學模擬,如圖2所示,Nagase等[19]進行了一系列大膽的猜測:(1)高熵合金中主元種類多,導致其點缺陷類型多,其中可能有部分種類缺陷的形成能極高而很不穩(wěn)定,因此具有高復合速率;(2)這些高能點缺陷形成后,其周圍的原子構型也會改變,形成在輻照下具有高穩(wěn)定性的應變結構;(3)高熵合金中原子尺度的晶格畸變會促進粒子輻照下的非晶化過程,進而在輻照熱沉積作用下的重結晶過程中,由于較高的原子應力及化學不均勻性,導致位錯難以生成,從而降低缺陷濃度。基于此,Nagase等推測認為高熵合金具有優(yōu)異的抗輻照性能,是一種很好的候選核用材料。值得注意,對晶粒尺寸如此小的納米晶薄膜來說,輻照點缺陷的濃度和演化行為受到高密度晶界這一缺陷陷阱的嚴重制約[4]。因此,除非與類似晶粒尺寸的其他成分進行系統對比,否則難以單純根據其在輻照下未見孔洞和位錯環(huán)這一現象證實合金成分(多主元效應)對輻照損傷的影響。另外,輻照下合金的結構穩(wěn)定性往往與該合金自身的熱力學及熱動力學性能相關,并非僅由抗輻照性能決定,因此,要想說明高熵合金中多主元或者晶格畸變效應導致的輻照穩(wěn)定性,需要對同一或近似合金體系下具有不同成分的合金進行系統的對比研究。然而,盡管從現在看來,這一系列早期的實驗結果自身難以證實高熵合金在抗輻照性能上的優(yōu)勢,但是這些研究尤其是對高熵合金抗輻照機制的假說確實激發(fā)了核能材料的研究者們對高熵合金的興趣。

結合對高熵合金熱、電輸運性質以及缺陷擴散性質的研究[21,30-34],研究者們認為高熵合金的上述抗輻照性能的可能來源包括兩個方面:(1)從能量耗散角度講,化學無序程度的提升增加了對電子的散射,使合金具有較高的電阻率和較低的熱導率, 導致在級聯碰撞過程中載能粒子沉積的能量耗散減慢,級聯碰撞熱峰(Thermal spike)時間延長,從而促進間隙原子和空位的復合;(2)從缺陷演化角度講,復雜的合金主元帶來的化學無序以及晶格畸變會影響合金中缺陷的形成能和遷移能,從而在較長的時間尺度下影響合金中點缺陷的復合以及缺陷團簇的形成和長大[21,35]。圖4 室溫(a)低、(b)高劑量輻照下Ni、NiCo、NiFe之間的缺陷形貌與分布差異[24];(c)室溫輻照下Fe濃度對Ni-xFe合金中輻照缺陷形貌的影響[29]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高熵合金材料研究進展（英文）[J]. 張蔚冉,Peter K.Liaw,張勇.  Science China Materials. 2018(01)



本文編號：3391862