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《中国工程物理研究院》 2006年
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充氚不锈钢中He行为的实验观察研究

赵雅文  
【摘要】:采用正电子湮没寿命谱(Positron Annihilation Lifetime)和透射电镜(TEM)技术对比充氚和未充氚抗氢—2不锈钢(HR—2)相同热处理状态下的实验结果,研究了温度对不锈钢中He原子与缺陷的相互作用的影响。 根据氚在不锈钢中的扩散及衰变方程,计算了充氚不锈钢中的He原子的浓度以及分布。He在不锈钢中的总浓度为59.22ppm,在体相基本呈现均匀分布。根据经验公式计算了不锈钢中He原子跃迁几率、热平衡空位浓度以及热平衡空位跃迁几率随温度的变化。He原子跃迁几率随温度呈指数式增长,热平衡空位浓度以及其跃迁几率在T_m/2(T_m为不锈钢的熔点)时发生突增,即在该温度点后热平衡空位开始变得活跃。 采用正电子湮没实验分析了未充氚不锈钢不同退火温度下,样品内缺陷的种类及其随温度的变化。实验结果表明,未充氚样品中存在着两种缺陷态,即晶界和大尺寸空位团。温度对其的影响分为两个阶段:400℃以下,缺陷处的正电子湮没寿命值稳定,说明400℃以下的温度对缺陷没有影响。400℃~800℃,缺陷处的正电子湮没寿命值有明显降低,说明在该温度段温度对缺陷(晶界)有明显的影响。同时,金相分析和扫描电镜(SEM)的结果表明影响缺陷处正电子湮没寿命值改变的是偏聚物在晶界的析出。 采用正电子湮没实验分析了充氚不锈钢不同退火温度下,样品内缺陷的种类及其温度对其的影响。与未充氚样品对比实验结果表明充氚样品中存在两种缺陷态,即晶界和He_nV_m空位型缺陷团,材料内He原子与缺陷的相互作用受温度的影响较大。正电子湮没实验结果说明:温度小于T_m/3时,材料内部主要为He原子之间的聚合启动自捕陷机制形成小型He_nV_m,随着温度升高He原子不断与He_nV_m导致缺陷团的内压增大,最后通过冲出位错环机制推开原子排面在晶内形成透射电镜可观测尺寸的He_nV_m缺陷团,即氦泡;温度处于T_m/3与T_m/2之间时,He原子与材料内部的缺陷的相互作用主要表现为,材料内部的He原子向晶界处迁移与晶界结合;温度大于T_m/2时,He原子与材料内部的缺陷的相互作用主要表现为,材料内部的He原子与晶内热平衡空位发生结合,形成透射电镜可观测的He_nV_m。 相同热处理状态下的充氚不锈钢样品的透射电镜的实验结果表明,温度对充氚不锈钢中He原子与缺陷的相互作用的影响和正电子湮没实验结果一致。温度的影响分为三个阶段,300℃退火处理(约为T_m/3(T_m为不锈钢的熔点))后不锈钢中的He原子在析出物边缘以及晶内环形位错上聚集,通过自捕获机制形成透射电镜可观测的He泡;600℃退火处理(T_m/3与T_m/2之间)后不锈钢中的He原子通过热迁移移向晶界以及析出物边缘导致晶界的宽化以及He在析出物边缘的聚集,但在晶界没有形成透射电镜可观测的He泡,而晶内热平衡空位开始活跃与聚集在析出物边缘的He原子结合形成透射电镜可观测到的He泡。800℃(大于T_m/2)退火处理后,晶界上聚集的He原子发生聚集形
【学位授予单位】:中国工程物理研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O571

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