镍及镍基合金的离子辐照效应研究
陈怀灿
学位类型博士
导师周兴泰
2017
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词镍基合金 离子辐照 辐照硬化 缺陷演化 透射电子显微镜
摘要镍基合金由于其优异的耐熔盐腐蚀性以及高温力学性能被选为熔盐堆的结构材料。熔盐堆中结构材料面临中子辐照,这将影响结构材料的微观组织及力学性能,进而影响反应堆的安全性及服役寿命。然而,结构材料的中子辐照研究费用高昂,中子辐照后材料被活化具有放射性。为此,本论文通过离子辐照来模拟镍基合金的中子辐照效应,采用纳米压痕仪、透射电子显微镜及慢正电子淹没装置研究镍基合金辐照后的力学性能及微观结构演化,并以单质镍为模型分析镍基合金辐照后的力学性能及微观结构演化机理。采用7MeV Xe~(26+)及650°C高温He~+辐照研究了镍及镍基合金辐照后的力学性能,研究表明,单质镍、GH3535合金以及Ni-W-Cr合金在离子辐照后发生了明显的辐照硬化现象,辐照产生的位错环、缺陷团簇以及氦泡是导致镍及镍基合金发生辐照硬化的主要原因。Makin-Minter方程能够用来描述单质镍、GH3535合金以及Ni-W-Cr合金离子辐照诱导的硬化随辐照损伤的变化关系,且有效体积常数可用于表征合金的抗辐照性能。另外,与GH3535合金相比,Ni-W-Cr合金具有较好的抗辐照硬化能力。采用30 keV He~+及1MeV Xe~(20+)辐照研究了单质镍及镍基合金中辐照诱导的微结构演化。研究表明,Hastelloy N合金中Xe~(20+)辐照使得固有位错周围出现位错环修饰现象。另外,随辐照剂量的升高,固有位错的密度减少,这是由于间隙原子的吸收使得固有位错线向样品表面的攀移而引起的。高温原位退火实验说明,退火温度低于600°C时,Hastelloy N合金中辐照产生的缺陷是稳定的。在30 keV He~+辐照下,氦原子的存在导致单质镍中形成柏氏矢量为1/2的间隙性位错环。随辐照温度的升高,由于单质镍中小位错环或团簇的长大及合并,位错环尺寸增大、密度减少。另外,采用30 keV He~+辐照研究了镍基二元合金(Ni-Cr、Ni-W,Ni-Mo)中溶质原子对镍基合金辐照性能的影响。研究表明,Cr、Mo固溶元素能够抑制合金中位错环的生长。溶质原子的体积尺寸因子以及合金化效应与合金中辐照产生的位错环的密度和尺寸有密切关系,这可能是由于Cr、Mo、W溶质原子的加入影响了合金的化学无序性、间隙/空位原子团簇和点缺陷在级联碰撞过程的扩散、缺陷在级联碰撞中的复合概率和缺陷向样品表面的逃逸概率。高温He~+辐照下,镍基二元合金中有氦泡出现且在基体中均匀分布;随辐照温度的升高,氦泡的尺寸增大。分析表明,固溶合金中杂质溶质原子的存在是导致合金中氦泡均匀分布的主要原因,杂质溶质原子与He原子结合能的不同导致了合金中氦泡的密度和尺寸的差异。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/27500
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
陈怀灿. 镍及镍基合金的离子辐照效应研究[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2017.
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