成分复杂性对He~+辐照下SP-CSSA氦泡的影响.pdf

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成分复杂性对He辐照下SP-CSSA氦泡的影响

摘要

单相浓固溶合金(Single-phaseconcentratedsolidsolutionalloys,SP-CSSA)因其优异

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的辐照抗性在反应堆系统中存在着巨大的应用潜力。研究SP-CSSA材料在高温He辐

照条件下的氦泡行为，对其在反应堆结构材料中的应用十分必要。在本论文中，使用

真空电弧熔炼方法制备了三种面心立方SP-CSSA合金，其成分分别为NiCoFe、

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NiCoFeCr和NiCoFeCrMn。对三种SP-CSSA分别进行673K温度下的He离位辐照实

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验以及673K下不同辐照注入量的He原位辐照实验，并对原位辐照后的三种SP-

CSSA进行退火，研究高温氦辐照下组成复杂性对三种SP-CSSA的氦泡影响。得到的

主要结论如下：

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在673K下对三种SP-CSSA样品进行100keV的He离位辐照实验，辐照注入量

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为5×10ions/cm，之后利用透射电子显微镜系统地表征了三种SP-CSSA样品在辐照

后的截面，并沿注入方向对氦气泡进行统计。离位实验结果表明主元复杂性越高，氦

气泡密度越高，气泡尺寸越小。然而，对于NiCoFeCrMn这种SP-CSSA材料，元素

Mn的加入增加了空位扩散率，降低了熔点，在一定程度上促进了氦气泡的尺寸生长。

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在673K下对三种SP-CSSA样品进行35keV的He原位辐照实验，辐照注入量为

14151515152

6×10，1.5×10，3×10，6×10，9×10ions/cm，利用透射电子显微镜系统地表征

了三种SP-CSSA样品氦泡随注入量的演化过程。实验结果表明随着原位辐照的进行，

三种不同组成复杂性的SP-CSSA样品均表现为氦泡密度的增大以及尺寸增加。当辐照

152

注入量达到6×10ions/cm时，三种样品的氦泡密度均趋向于饱和。与NiCoFe相比，

NiCoFeCrNiCoFeCrMn

和主元复杂性的增加，使得氦泡的生长受到抑制。在低注入量

时，三种SP-CSSA氦辐照导致肿胀率差别不大，均随注入量的增加而快速增大；氦离

152

子辐照注入量达到6×10ions/cm后，NiCoFeCr，NiCoFeCrMn的氦泡导致的肿胀率增

加变慢趋于稳定，而NiCoFe氦泡导致的肿胀率仍随注入量增加而快速增长。

152

对673K下9×10ions/cm原位辐照完的三种SP-CSSA样品进行773K，873K下

的退火，并通过透射电镜对退火后的氦泡进行了表征。随着退火温度的升高，三种不

同组成复杂性的样品均可以明显的观察到氦泡的长大以及氦泡密度的减小。在相同的

退火温度下，NiCoFe与NiCoFeCr以及NiCoFeCrMn两者相比，氦泡平均尺寸较小。

实验表明高主元复杂性SP-CSSA中较少的热空位将进一步在高温度下抑制氦气泡的生

长。

哈尔滨工程大学硕士学位论文

本文针对SP-CSSA用于先进反应堆的潜在需求，开展了氦离子离位以及原位辐照

下的氦泡行为研究。发现SP-CSSA氦泡长大行为受主元复杂性以及其他因素的影响。

研究结果对于耐辐照的单相浓固溶合金成分设计具有一定指导意义。

关键词：SP-C