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文檔簡介
1、反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料在反應(yīng)堆的強(qiáng)中子輻照場下由(n,α)反應(yīng)將產(chǎn)生大量 He元素,這些 He元素的存在最終將導(dǎo)致反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料發(fā)生腫脹、脆化等一系列性能惡化的He效應(yīng)。在眾多反應(yīng)堆候選結(jié)構(gòu)材料中,鐵素體/馬氏體(F/M)鋼因為具有較強(qiáng)的抗輻照腫脹性能、良好的導(dǎo)熱性能、較強(qiáng)的機(jī)械性能等優(yōu)點而備受關(guān)注。針對F/M鋼由He元素導(dǎo)致的腫脹、力學(xué)性能惡化等問題,本論文工作選擇商用F/M鋼T91以及新研制的低活化F/M鋼SIMP作為研究對象,結(jié)合多種測試
2、分析手段對其進(jìn)行 He效應(yīng)評估對比工作同時也對提高 F/M鋼抗 He效應(yīng)能力的新方法進(jìn)行了探索。
通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察并對比了在系列注 He溫度下與系列注 He劑量下 SIMP、T91鋼內(nèi)部 He泡的形貌差異、分布狀態(tài)差異并分析了這些差異產(chǎn)生的因素,探討了 He泡形貌與尺寸的演化過程。發(fā)現(xiàn)在所實驗的300、450、550℃溫度點和1×1020、5×1020、1×1021ions/m2劑量點下材料內(nèi)部 He泡的穩(wěn)定形
3、狀都趨于長方體、正方體,并且都趨向于在位錯線、晶界、析出物表面等晶體缺陷處分布。在上述注入條件下,SIMP鋼內(nèi)部He的平均尺寸都小于T91鋼內(nèi)部He泡的平均尺寸,表明在同等注 He條件下 SIMP鋼具有更優(yōu)良的抑制 He泡長大的能力。通過掃描電子顯微鏡對兩種鋼在室溫(RT)、300、450、550℃的注 He溫度點與5×1021ions/m2的注 He劑量點下的表面形貌的觀察發(fā)現(xiàn)在所有的溫度點下,SIMP鋼表面都沒有出現(xiàn)鼓包與脫落現(xiàn)象,
4、而在較低溫度段下(RT、300℃)T91鋼表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的鼓包與脫落現(xiàn)象。
為探索 F/M鋼晶粒細(xì)化到一定程度之后對 He泡形貌、分布的影響,為具有更高抗He效應(yīng)能力的細(xì)晶粒組織的鋼的發(fā)展提供參考價值,本論文通過對鐵素體/馬氏體鋼 T91進(jìn)行表面納米化處理之后對其進(jìn)行 He離子注入實驗,結(jié)合 TEM觀察分析其內(nèi)部 He泡形貌、分布特點。結(jié)果發(fā)現(xiàn),T91在經(jīng)過表面納米化處理之后,在距離表面500nm左右的區(qū)域,原來的粗晶粒鐵素體
5、/馬氏體結(jié)構(gòu)消失,呈現(xiàn)出寬度為20-50nm左右的馬氏體板條結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)大大增加了板條界面的密度,為He的吸收提供了更多的沉降中心。然而TEM結(jié)果卻顯示He泡幾乎都分布在板條界面處,并且 He泡在界面處相互接觸連接充滿了板條界面形成了片狀結(jié)構(gòu), 晶粒內(nèi)部幾乎不能找到He泡。He泡的這種分布形式將十分容易導(dǎo)致材料發(fā)生沿晶斷裂,對于材料的抗 He脆效應(yīng)將是十分有害的。通過分析,我們認(rèn)為在研制具有更高抗 He效應(yīng)的材料時,不
6、是晶粒越細(xì)越好,晶粒尺寸應(yīng)當(dāng)大于 He泡在其中布朗運動的平均自由程。而且為了防止 He泡在某一類型的缺陷結(jié)構(gòu)處過度地聚集,在材料中應(yīng)當(dāng)引入種類不同的具有吸收 He原子能力的缺陷,如金屬氧化物顆粒(Y2O3)等。
為了探究輻照場下引起 SIMP鋼硬化的因素,我們對在不同注 He條件下的SIMP鋼進(jìn)行了納米壓痕測試,分析了在不同注 He條件下材料的硬度值的變化情況。同時通過 TEM對試樣內(nèi)部的缺陷密度、尺寸做了統(tǒng)計,結(jié)合 DBH模
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