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氦离子辐照对316L钢焊缝微观结构及性能影响

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焊接学报 2021年第8期42卷 48-53,I0003,I0004页

作者：雷玉成张伟伟刘丹李鑫江苏大学镇江212013

316L不锈钢作为压水堆候选结构材料,在服役过程中需要承受辐照效应.为了探明辐照对316L焊缝微观结构及性能的影响及作用机制,系统研究了经氦离子辐照后316L钢焊缝表面形貌、微观组织结构、显微硬度及电化学腐蚀性能的变化规律.结果表明,... 详细信息

316L不锈钢作为压水堆候选结构材料,在服役过程中需要承受辐照效应.为了探明辐照对316L焊缝微观结构及性能的影响及作用机制,系统研究了经氦离子辐照后316L钢焊缝表面形貌、微观组织结构、显微硬度及电化学腐蚀性能的变化规律.结果表明,150 keV氦离子辐照后试样表面产生大量细小的孔洞,这导致试样耐腐蚀性能降低,母材和焊缝金属腐蚀电流密度分别增加5.42×10^(−5)与5.91×10^(−5) A/cm^(2).辐照导致试样内部出现氦泡、位错等缺陷,这些缺陷使得试样产生辐照肿胀和辐照硬化现象,母材与焊缝肿胀率分别为0.103%与0.181%,显微硬度分别提高2.33与2.55 GPa.通过EBSD测试方法证实,焊缝金属晶粒尺寸较大,使得其抗辐照性能相比316L钢稍差.创新点:(1)试验使用电化学腐蚀测试来研究氦离子辐照对焊缝金属与母材耐腐蚀性.(2)探究晶粒尺寸对焊缝与母材抗辐照性能的影响.

关键词：氦离子辐照 316L不锈钢焊缝金属显微硬度电化学腐蚀

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氦离子辐照烧结碳化硅损伤效应研究

原子能科学技术 2022年第3期56卷 529-536页

作者：李炳生杨浚源李君涵廖庆徐帅张桐民王志光刘会平魏孔芳西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室四川绵阳621010 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000 西南科技大学国防科技学院四川绵阳621010

利用中国科学院近代物理研究所320 kV高压平台提供的氦离子辐照烧结碳化硅,辐照温度从室温到1000℃,辐照注量为10^(15)~10^(17)cm^(-2)。辐照完成后,进行退火处理,然后开展透射电子显微镜、拉曼光谱、纳米硬度和热导率测试。研究发现,... 详细信息

利用中国科学院近代物理研究所320 kV高压平台提供的氦离子辐照烧结碳化硅,辐照温度从室温到1000℃,辐照注量为10^(15)~10^(17)cm^(-2)。辐照完成后,进行退火处理,然后开展透射电子显微镜、拉曼光谱、纳米硬度和热导率测试。研究发现,烧结碳化硅中氦泡形核阈值注量低于单晶碳化硅。同时,氦泡形貌和尺寸与辐照温度、退火温度有关。另外,对辐照产生的晶格缺陷、元素偏析进行了研究。结果表明,辐照产生了大量的缺陷团簇,同时氦泡生长也会发射间隙子,在氦泡周围形成间隙型位错环。在晶界处,容易发生碳原子聚集。辐照导致材料先发生硬化而后发生软化,且热导率降低。

关键词：烧结碳化硅氦离子辐照微观缺陷氦泡

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氦离子辐照非晶态合金的表面损伤研究

核技术 2002年第1期25卷 1-8页

作者：侯明东刘杰张庆祥刘刚中国科学院近代物理研究所兰州730000

用扫描电子显微镜研究了室温下氦离子辐照Fe77Ni5B18等 10种非晶态合金的表面形貌。氦离子的能量为 4 0keV和 6 0keV ,总注量为 1.0× 10 18— 4 .0× 10 18He/cm2 。对于不同的注量和不同的材料 ,观察到了层离、发泡、剥落、发泡破裂... 详细信息

用扫描电子显微镜研究了室温下氦离子辐照Fe77Ni5B18等 10种非晶态合金的表面形貌。氦离子的能量为 4 0keV和 6 0keV ,总注量为 1.0× 10 18— 4 .0× 10 18He/cm2 。对于不同的注量和不同的材料 ,观察到了层离、发泡、剥落、发泡破裂、二代发泡和多孔结构等多种表面损伤类型。测量了泡的直径和剥落泡皮的厚度 ,并讨论了表面损伤类型和初现的临界注量与材料种类和离子能量的关系。

关键词：氦离子注入表面损伤非晶态合金氦离子辐照表面形貌聚变堆材料抗辐射能力

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氦离子辐照对钨纳米丝稳定性的影响

材料研究学报 2022年第11期36卷 850-854页

作者：胡瑞航杨贞雷齐俊李昕洋董子宇张晓彤范红玉牛金海大连民族大学、辽宁省等离子体技术重点实验室大连116600

用150 eV高能氦(He)离子在400 K对多晶钨(W)表面的W纳米丝进行间歇式辐照并使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及称重法等手段对其表征,研究了He离子辐照对W纳米丝演变过程的影响。结果表明,高能He离子辐照使W纳米丝极不稳定。随着... 详细信息

用150 eV高能氦(He)离子在400 K对多晶钨(W)表面的W纳米丝进行间歇式辐照并使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及称重法等手段对其表征,研究了He离子辐照对W纳米丝演变过程的影响。结果表明,高能He离子辐照使W纳米丝极不稳定。随着辐照剂量的增加W纳米丝之间的交联程度逐渐降低。W丝内的He泡在高能He离子溅射的作用下破裂,使W丝塌陷合并,部分溅射出来的W原子沉积在近邻的W纳米丝外壁或W丝根部,最终使W纳米丝演变成顶部细根部粗的锥型结构。

关键词：金属学钨氦离子辐照溅射

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GH3535合金焊缝高温氦离子辐照效应

金属学报 2024年第3期60卷 299-310页

作者：白菊菊李健健付崇龙陈双建李志军林俊中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

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... 详细信息

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。

关键词： GH3535焊接接头氦离子辐照 He泡位错环辐照硬化

高能氦离子辐照对CLAM钢微观结构和力学行为的影响

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材料工程 2024年第5期52卷 138-147页

作者：罗爱博梁延祥姚勇王罗斌万强西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

聚变堆包层结构材料在服役期间会产生辐照损伤,CLAM钢作为热核聚变堆的首选结构材料,对其进行辐照行为研究十分有必要。采用高能氦离子对CLAM钢进行辐照实验,利用纳米压痕实验结合原子力显微镜(AFM)研究CLAM钢在辐照过程中的微观组织演... 详细信息

聚变堆包层结构材料在服役期间会产生辐照损伤,CLAM钢作为热核聚变堆的首选结构材料,对其进行辐照行为研究十分有必要。采用高能氦离子对CLAM钢进行辐照实验,利用纳米压痕实验结合原子力显微镜(AFM)研究CLAM钢在辐照过程中的微观组织演化和力学性能的变化。结果表明:辐照后的CLAM钢中形成位错环和He泡,且随着辐照剂量的增加,位错环和He泡密度增加,尺寸增大。辐照后CLAM钢发生显著的辐照硬化效应,随着辐照剂量的增加,辐照硬化程度增加,但当辐照剂量增大到一定程度,辐照硬化效应减弱。利用DBH模型和FKH模型讨论辐照中微观结构的变化对辐照硬化效应的影响。随着辐照剂量的增加,压痕周围材料隆起堆积的范围减小,堆积高度增加,且高剂量辐照后压痕周围的堆积中出现了剪切带,表明CLAM钢辐照后脆性明显增加。

关键词： CLAM钢氦离子辐照辐照硬化纳米压痕 DBH模型 FKH模型

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高温氦离子辐照对钨表面形貌的影响

材料研究学报 2024年第6期38卷 437-445页

作者：崔运秋牛春杰吕建骅倪维元刘东平鲁娜大连理工大学电气工程学院大连116024

用He离子在高于2000 K的温度辐照高纯钨样品,研究了辐照参数对W表面形貌的影响。结果表明,在2300 K辐照后W样品的表面出现明显的氦泡生长引起的表面肿胀。随着氦离子剂量的提高氦泡破裂并产生表面孔洞,表面肿胀逐渐发展成交联的类似珊... 详细信息

用He离子在高于2000 K的温度辐照高纯钨样品,研究了辐照参数对W表面形貌的影响。结果表明,在2300 K辐照后W样品的表面出现明显的氦泡生长引起的表面肿胀。随着氦离子剂量的提高氦泡破裂并产生表面孔洞,表面肿胀逐渐发展成交联的类似珊瑚状的钨丝状结构;随着离子能量的增大氦离子注入W样品的深度增大,促进了表面钨丝状结构的生长。辐照温度从2100 K提高到2400 K,表面自间隙钨原子的扩散增强,抑制了表面肿胀和钨丝状结构的生长,甚至使钨丝状结构退化。氦离子剂量和离子能量的增加都促进高温氦离子辐照后W材料表面钨丝状结构的产生和演变,而提高温度的影响则与其相反。

关键词：金属材料钨高温氦离子辐照表面形貌

氦离子辐照CuZnAl合金表面形貌及微观组织演变的研究

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氦离子辐照CuZnAl合金表面形貌及微观组织演变的研究

作者：葛俊杰江苏大学

学位级别：硕士

CuZnAl合金具有形状记忆效应、超弹性、价格便宜及易于加工等优点,被广泛应用于核反应堆和航空航天等领域。然而在辐照环境下,辐照效应是引起材料功能失效的主要原因之一。因此,本文通过SRIM、XRD、OM、SEM、EDS、TEM和AFM等方法系统的... 详细信息

CuZnAl合金具有形状记忆效应、超弹性、价格便宜及易于加工等优点,被广泛应用于核反应堆和航空航天等领域。然而在辐照环境下,辐照效应是引起材料功能失效的主要原因之一。因此,本文通过SRIM、XRD、OM、SEM、EDS、TEM和AFM等方法系统的研究了氦离子辐照下,CuZnAl合金的表面形貌及微观组织的变化,并对其变化机理进行分析,研究成果如下:首先,通过SRIM模拟软件分析氦离子辐照CuZnAl过程中离子的传输过程,计算出在50 keV氦离子辐照下,氦离子在CuZnAl合金中的射程以及浓度分布;反冲原子(Cu、Zn、Al)的分布情况以及各原子(Cu、Zn、Al)的移位能、晶格束缚能和表面束缚能;辐照过程中的能量损失与溅射现象等。分析得出氦离子辐照CuZnAl合金中产生的点缺陷(空位、间隙原子)是辐照效应的根源,而辐照过程中的溅射虽可以加重损伤,但是溅射原子的再沉积则可以在一定程度上修复损伤。氦离子辐照后,CuZnAl合金中并未形成新的析出相。此外,CuZnAl合金的表面产生了很大的残余拉应力,而残余拉应力的存在导致XRD中的衍射峰向低角度偏移。辐照坑是氦离子辐照CuZnAl合金表面的主要损伤形貌。通过对CuZnAl合金表面损伤机制进行分析,发现合金表面的损伤主要是由溅射现象造成的。相较低辐照剂量(0.1 dpa和1 dpa),提高氦离子的辐照剂量(10 dpa)虽然会造成一些辐照坑的长大,但溅射过程中的再沉积可以在一定程度上修复缺陷。此外,辐照过程中的自退火效应也可以很好的修复缺陷,这便使得高剂量下的辐照坑的数量有所降低。研究还发现,氦离子辐照还会使得CuZnAl合金的表面粗糙度值随剂量(0.1 dpa和1 dpa)的增加而增大,但在最高剂量(10 dpa)下反而有所降低。在不同剂量下氦离子辐照CuZnAl合金中的主要缺陷为位错、氦泡、孪晶、层错、位错墙与亚晶等。位错密度与辐照剂量密切相关。在低剂量(0.1 dpa和1 dpa)情况下,与未辐照试样相比,位错数量明显增加。这是由于随着辐照剂量增加,Frankel缺陷对数量增加,位错数量增加。而在最高剂量下,由于在缺陷聚集处间隙原子的非相关复合加强以及晶界对点缺陷和缺陷簇的吸收作用使得位错数量有所降低。此外,通过对位错和氦泡之间相互作用的分析,发现它们之间主要是Orowan作用机制,在Orowan机制下,会出现弯曲的位错线,直的位错线以及氦泡。氦离子辐照CuZnAl合金实验中,氦易于被空位(Vacancy,V)捕获形成He-V团簇,形成氦泡。在最高剂量(10 dpa)下形成的亚晶以及位错,为氦泡形核提供了大量的扩散通道以及形核位置,而氦泡在晶界处的粗化使得氦泡在晶界处的平均尺寸大于基体内部的尺寸。根据位错和晶界对氦泡的钉扎作用,可以得出氦泡只有长大到超过临界尺寸时,才可以从位错和晶界处逃脱。此外,氦泡的长大增加了Orowan应力,使得位错运动受阻进而堆积形成位错墙,而当位错墙在外力作用下进行滑移时,便形成亚晶结构,这也是氦离子辐照(10 dpa)下,位错墙和亚晶大量形成的原因。本实验还对氦离子辐照过程中形成的形变孪晶与层错进行分析,发现大块状的形变孪晶以台阶式的凸出机制逐渐长大;而细长的形变孪晶则以合并的方式逐渐长大。由于相邻亚晶以及新的亚晶会吞并层错与孪晶,所以在10 dpa剂量下造成了层错和孪晶的退化与消失。

关键词：氦离子辐照 CuZnAl合金表面形貌微观组织辐照缺陷

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低活化钢的氦离子辐照损伤行为

金属热处理 2022年第7期47卷 211-216页

作者：夏礼栋霍晓杰张弛高达利吴长江张师军中国石化北京化工研究院北京100013 清华大学材料学院北京100084

利用氦离子辐照研究了不同辐照温度下低活化钢的辐照损伤行为,采用透射电镜和纳米压痕仪测量和表征了辐照引起的缺陷组织和硬化效应,并分析了两者之间的影响关系。结果表明,氦离子辐照造成的组织变化主要包括气泡和MC相的粗化。气泡在... 详细信息

利用氦离子辐照研究了不同辐照温度下低活化钢的辐照损伤行为,采用透射电镜和纳米压痕仪测量和表征了辐照引起的缺陷组织和硬化效应,并分析了两者之间的影响关系。结果表明,氦离子辐照造成的组织变化主要包括气泡和MC相的粗化。气泡在晶界上发生聚集,辐照剂量越大,气泡密度越高;辐照温度越高,气泡尺寸越大、密度越低。辐照之后,低活化钢硬度提高,且辐照温度上升,硬化效应降低。辐照硬化值与缺陷组织的尺寸和密度相关,高密度的小尺寸气泡是氦离子辐照硬化的主要因素,辐照温度升高,气泡密度降低,辐照硬化减弱。

关键词：低活化钢氦离子辐照缺陷组织辐照硬化