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《中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)》 2018年
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ODS钢中He离子注入硬化效应的研究

苏长浩  
【摘要】:核能的利用与发展对于反应堆结构材料提出越来越高的要求。其中材料的辐照硬化问题以及伴随着的材料断裂韧性减弱的问题得到了广泛的关注。在先进核能系统(快堆、聚变堆)内部中子辐照环境,通过(n,α)反应会在结构材料中产生大量He,会影响材料的使用性能。近年来,氧化物弥散强化钢(ODS钢)作为重要的候选材料得到广泛研究。本文的主要目的就是研究纳米尺度He-空位的复合体—He泡对ODS铁素体钢辐照硬化的影响。通过室温条件下多能He离子注入,在两种ODS铁素体钢(16Cr-0.1Ti和15Cr-4Al-0.6Zr-0.1Ti)样品近表面1微米深度范围形成了均匀的辐照损伤坪区。剂量为平均位移损伤0.42dpa/平均He原子浓度7000 appm。对He离子注入后的样品在真空条件下800℃退火1小时,以促使位错环长大合并,同时促使He泡长大为纳米尺寸。利用纳米压痕技术对He离子注入和退火后的样品进行了硬度测试,借助Nix-Gao模型对测试结果进行分析,得到了材料近表层辐照损伤区的硬度。结果显示He离子注入和退火导致ODS钢样品发生了显著硬化。利用透射电镜观察到He离子注入和退火后的两种ODS钢样品中产生了高浓度的He泡,部分He泡分布在晶界或者氧化物颗粒表面。经过对He泡的统计测量,发现两种材料中He泡的直径和数密度存在较大差异。借助弥散强化模型计算,得到了两种ODS钢(16Cr-0.1Ti和15Cr-4Al-0.6Zr-0.1Ti)中He泡的强化因子分别为0.7和0.26。这表明在两种ODS钢材料中He泡对位错运动的阻碍作用存在差异,这种差异可能与He泡的压力状态有关。此外,还观察到He离子注入加退火处理后的15Cr-4Al-0.6Zr-0.1Ti样品中存在一定密度的位错,考虑到残余位错对材料的强化作用,重新估算得到15Cr-4Al-0.6Zr-0.1Ti的ODS钢中的He泡的强化因子在0.1到0.26之间,该数据与前人报道的奥氏体钢中He泡的强化因子接近。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG142.1

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