Hastelloy N合金的氦致损伤行为研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘继召 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 李燕 |
| 关键词 | Hastelloy N合金 离子辐照 氦致损伤 演化机制 |
| 英文摘要 | 熔盐反应堆是六座四代裂变反应堆之一,以其高效率、安全性和可靠性引起了世界各国广泛的关注,然而,熔盐反应堆极端的服役环境(高温、强氟化物熔盐腐蚀)对其结构材料提出了严峻的挑战。美国橡树岭国家实验室的研究人员开发的镍基Hastelloy N合金以其优异的耐氟化物熔盐腐蚀性能和高温力学性能被认为是熔盐堆最优的候选结构材料。然而,由于镍易与中子发生嬗变反应产生氦原子,特别是在高温条件下,氦原子经过扩散、团聚后形成的氦泡会引起合金的脆化,从而严重影响合金的服役性能。一方面,氦泡的演化对温度有极强的依赖性,另一方面,在实际工况下,氦泡和离位损伤缺陷将会同时存在,二者的相互作用可能会使合金性能劣化的程度大幅度增加。在目前的研究中,关于Hastelloy N合金中氦泡演化的温度效应以及氦泡与离位损伤缺陷之间相互作用的研究相对匮乏,考虑到反应堆中的结构材料是反应堆非常重要的安全屏障,由氦致损伤造成的结构材料性能的劣化将极大地影响反应堆的安全运行,因此,非常有必要开展该合金中氦泡演化的温度效应以及氦泡与离位损伤缺陷之间相互作用的研究。本论文以Hastelloy N合金为研究对象,利用离子辐照的方法在材料中引用缺陷,从以下两个方面系统地研究了Hastelloy N合金的氦致损伤行为:一方面,开展了常温氦离子辐照Hastelloy N合金后的退火实验,以明晰该合金中的氦泡在退火过程中的演化行为。TEM原位退火实验(指原位观察退火动态实验)结果表明,在400°C和500°C条件下退火样品中晶内氦泡很难长大,但由于晶界是空位源,氦泡易于在此处形核长大,因此,在500°C条件下退火样品的晶界处发现了氦泡的形核长大现象。由于位错线及氦泡表面铬原子的限制,在600°C条件下退火样品中的氦泡没有发生随机的Brownian运动,而是通过“被抑制的迁移合并机制”在其初始位置处发生了长大现象。常温氦离子辐照后等时退火实验结果表明,在800°C和900°C条件下退火样品中氦泡的长大方式分别以迁移合并机制和Ostwald熟化机制为主导。由于迁移合并机制能够引起基体原子的扩散,基体原子扩散进入间隙位会形成新的位错环,因此,在800°C条件下退火样品中位错环的数密度较高,而在900°C条件下退火的样品中,由于缺陷的回复作用明显,位错环的数密度大幅减少。另外,通过计算每个样品中氦泡内空位数与氦原子之比发现,氦泡的尺寸是由氦泡内空位数与氦原子之比所决定的。另一方面,开展了两束离子在650°C条件下先后辐照Hastelloy N合金的实验,分别模拟研究氦泡与位错环的相互作用以及氦泡在持续碰撞级联作用下的演化过程。TEM结果表明,在氙离子和氦离子先后辐照的样品中,不仅氙离子和氦离子的离位损伤能够产生位错环,氦泡的自诱导长大过程也能产生大量的位错环,因此,该样品中位错环的数密度大约是两个单束离子辐照样品中位错环数密度之和的3倍。另外,该样品的纳米硬度增量比两个单束离子辐照样品纳米硬度增量的综合值大了近30%,这说明氦泡与位错环的协同效应同时影响着材料纳米硬度的变化。在氦离子和氙离子先后辐照的样品中,氦泡的长大和氦泡内氦原子的重溶是同时存在,且为相互竞争的关系,在氙离子的离位损伤程度较小时(3 dpa),氦泡的长大发挥主要作用;在氙离子的离位损伤程度较大时(10 dpa),氦泡内氦原子的重溶发挥主导作用。另外,弹道反冲重溶和损伤辅助重溶都使小氦泡内的氦原子更容易逃逸出氦泡表面。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33850]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘继召. Hastelloy N合金的氦致损伤行为研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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