面向等离子体材料钨中氘/氦滞留行为的研究进展

作为面向等离子体材料,钨(W)在服役的过程中不仅受到等离子体造成的高能热负荷的作用,还受到高束流粒子如氘(D)、氚(T)、氦(He)等的轰击和D-T聚变反应产生的高能中子的影响.W中D、T、He的滞留和起泡,仍是聚变堆装置中有待解决的关键问题之一.综述了D、T和He的滞留行为及其气泡形成与辐照条件之间的关系,简要评述了W的服役性能和强化机理.通过降低W中D/He滞留量、抑制气泡的形成可有效改善W的服役性能.深入研究D/He滞留行为与辐照缺陷之间的相互作用关系,进而构建D/He的宏观热脱附行为与其微观状态之间的对应关系,为寻找合适途径来改善W的服役性能提供理论支撑.     

面向等离子体材料钨中氘/氦滞留行为的研究进展

作为面向等离子体材料,钨(W)在服役的过程中不仅受到等离子体造成的高能热负荷的作用,还受到高束流粒子如氘(D)、氚(T)、氦(He)等的轰击和D-T聚变反应产生的高能中子的影响。W中D、T、He的滞留和起泡,仍是聚变堆装置中有待解决的关键问题之一。综述了D、T和He的滞留行为及其气泡形成与辐照条件之间的关系,简要评述了W的服役性能和强化机理。通过降低W中D/He滞留量、抑制气泡的形成可有效改善W的服役性能。深入研究D/He滞留行为与辐照缺陷之间的相互作用关系,进而构建D/He的宏观热脱附行为与其微观状态之间的对应关系,为寻找合适途径来改善W的服役性能提供理论支撑。     

高熵合金辐照性能的计算机模拟进展

核电在现有能源体系中扮演着十分重要的角色,是当今世界急需的清洁能源中的重要组成部分。在核电系统中,核能结构材料是保证其可靠性和安全性最重要的因素之一。在未来的第四代裂变和聚变反应堆中,核心结构材料需处在高温、强化学腐蚀以及强中子辐照等恶劣环境中。这样极端恶劣的应用环境对新一代反应堆的结构材料提出了十分苛刻的要求。由核裂变或核聚变产生的高能中子会引起材料中显著的原子位移并产生点缺陷或缺陷团簇,从而使材料性能发生退化,因此深入研究材料在辐照条件下的损伤机制对开发新型抗辐照结构材料及先进反应堆的实施至关重要。近年来,一类新型的合金材料——高熵合金在抗辐照、耐腐蚀方面展现出一定的潜力,成为新一代反应堆结构材料的重要候选材料之一。在研究其辐照损伤机制时,由于物理实验常常受设备、成本等的限制,计算模拟成为理解其抗辐照机理的一种重要手段。当前,高熵合金的辐照性能模拟还存在诸多问题。其中,由于元素随机排布导致的无序状态是重要的限制因素之一,对计算模拟方法提出了很大的挑战。例如,由于元素的随机排列,各组成元素的化学势定义比较困难,导致高熵合金中缺陷能量的计算可能出现不同的结果。另外,由于组成元素较多,高熵合金体系的经验作用势较难获得,导致分子动力学模拟等手段难以开展;而不依赖原子间作用势的第一性原理计算模拟方法则受计算能力的限制,只能模拟较小的原子体系,对缺陷团簇性质和缺陷长时间的扩散研究基本无能为力。这些限制因素是高熵合金辐照性能模拟的难点。尽管如此,近年来,学者们在高熵合金的辐照性能模拟研究上也取得了较大的进步。例如,对化学无序状态的分析,很好地解释了高熵合金中抗辐照性能与其结构之间的关联;通过分析初始移位损伤及其移位阈能的变化,很好地揭示了其辐照条件下的缺陷产生机制;在分析缺陷的形成能和迁移能变化中,发现了缺陷的缓慢扩散特性以及缺陷的优先扩散效应;还对缺陷复合以及缺陷之间的相互作用进行了研究,展现了不同类型缺陷间的复合以及相互作用机制。本文主要综述了近几年关于高熵合金辐照性能的计算机模拟的相关研究。首先,对高熵合金的基本性质,及其辐照损伤研究和计算模拟方法进行了介绍,然后对辐照条件下高熵合金中缺陷产生的机制、缺陷能量特性、缺陷扩散现象、缺陷之间的复合以及不同缺陷之间的相互作用等五个方面进行了讨论。最后,对当前面临的挑战和未来可能的发展方向提出了一些看法。     

氦离子辐照铝合金的SRIM模拟及微观结构研究北大核心CSCD

通过SRIM软件对入射He^+离子在1060铝合金中的射程及分布进行了模拟,利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)和透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)对离子辐照在合金中所诱发的表面形貌、微观结构及其形成机制进行了研究。结果表明,He^+离子辐照会导致试样表面出现辐照坑状结构,提高辐照剂量会增加辐照坑的尺寸。辐照合金中会出现杂质元素的区域富集现象,其中Si元素的富集尤为明显,在较高剂量辐照合金中这一现象越显著。此外,辐照还会导致合金中形成位错、位错环、气泡等微观结构及相应的演化结构。由于表面和这些微观结构在原子扩散的过程中可以作为缺陷阱捕获尺寸较小的杂质原子,因而这也是He^+离子辐照铝合金中出现Si元素富集的主要机制。     

氦离子辐照铝合金的SRIM模拟及微观结构研究

通过SRIM软件对入射He~+离子在1060铝合金中的射程及分布进行了模拟,利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)和透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)对离子辐照在合金中所诱发的表面形貌、微观结构及其形成机制进行了研究。结果表明,He~+离子辐照会导致试样表面出现辐照坑状结构,提高辐照剂量会增加辐照坑的尺寸。辐照合金中会出现杂质元素的区域富集现象,其中Si元素的富集尤为明显,在较高剂量辐照合金中这一现象越显著。此外,辐照还会导致合金中形成位错、位错环、气泡等微观结构及相应的演化结构。由于表面和这些微观结构在原子扩散的过程中可以作为缺陷阱捕获尺寸较小的杂质原子,因而这也是He~+离子辐照铝合金中出现Si元素富集的主要机制。     

锆合金中的氢化物脱附行为研究进展

锆合金因具有强的耐腐蚀能力、低的热中子吸收截面等特点而被广泛应用于核反应堆中。经过六十多年的发展,锆合金已由第一代锆-1合金发展至第二代锆-2、锆-4合金以及第三代的N36、ZIRLO、M05等。氢化物析出是造成核级锆合金力学性能变差的主要原因,氢主要来自于金属锆和水发生的腐蚀反应,它通过扩散运动进入金属基体,并滞留在基体中。锆合金中氢化物的种类及性质一直以来备受研究者们的关注。目前发现的氢化物有四种,但由于ζ-ZrH_(0.5)(bct)、γ-ZrH (fct)两种氢化物为亚稳态,且ζ相氢化物存在时间极短,现阶段的实验设备或实验方法无法在如此短的时间尺度上对其进行观察,因此大量关于氢化物的研究均集中于δ-ZrH_(1.4-1.7)(fcc)、ε-ZrH_2(fct)这两种稳定相上。锆合金包壳或结构件的工作环境均为高温,高温下基体中的滞留氢将发生脱附。在停堆及其他条件下吸收的氢超过极限固溶度后将以氢化物的形式析出,造成晶格畸变,而在高温时氢脱附使晶格畸变消失。此循环过程中,材料内部将逐渐累积大量微缺陷,加速材料老化。大量研究者均采用纯ZrH_2粉末样品研究氢的脱附行为,但实际服役的锆合金中还含有大量合金元素,合金元素的存在会影响氢的滞留状态以及脱附行为。因此以纯ZrH_2粉末样品中氢脱附温度的实验数据作为依据来判断锆合金的适用条件并不严谨,需研究不同种类锆合金中不同氢化物的脱附温度。热脱附谱(TDS)技术是研究金属及合金中滞留氢及其同位素的有效方式之一,但采用TDS设备测定锆合金中氢的脱附行为存在一定的局限性。此外,锆合金表面普遍存在一层氧化层,其会影响氢的脱附行为,在脱附过程中当氢扩散至氧化层时,氧化层中的氧将捕获部分氢原子形成氢氧键,使脱附量减少,同时滞后氢的脱附,使脱附温度升高。因此,实验数据上的脱附温度升高并不意味着基体内的氢化物实际脱附温度升高,只是氢向外扩散的过程受到了氧化层的阻挡,使脱附谱向高温方向移动。本文总结了氢化锆脱附行为的研究进展,分别对氢化物的结构、氢的来源、氢滞留量、TDS设备局限性以及氢化物脱附行为进行了介绍,指出了当前研究的不足之处,并展望了未来研究的方向。     

金属对金属的粘(?)

对影响真空冷焊的各种因素作了较全面的介绍.诸如表面污染的影响.包括氧化膜、吸附气体等;材料基本特性的影响.包括同种金属粘着.晶面、晶体结构.异种金属间的粘着、化学活性和金属键特性、硬度及合金元素等的影响;还有其它一些因素的影响.例如负载、接触时间和样品温度等.给出了许多典型验验结果.粘着是一种表面现象.金属间的粘着力本质上是界面间原子相互作用力的总和.通过对粘着的研究了解金属表面相原子相互作用的性质。了解诸如吸附、脱附、催化、氧化、腐蚀和降解等表面过程.测定超高真空及各种气氛条件下材料对偶之间的接触压力和粘着力.主要试验设备包括无油超高真空系统、测力机构及材料表面制备与分析设备等.最后对粘着机理进行了一般探讨.     

氢与金属的微观交互作用研究进展

许多重要的金属及其合金在冶炼、服役过程中常由于吸收氢而导致其力学性能和抗腐蚀性能的下降,这些性能下降严重威胁着金属材料在机械制造业、基础设施行业和能源行业中服役的安全。氢对金属材料的影响主要体现为氢脆和氢损伤两个方面,提高材料抗氢性能的关键及前提在于理解氢与常见材料微观缺陷的交互作用。近些年来原位透射电镜技术、定量纳米力学测试技术、原子探针技术等实验手段的快速发展极大地促进了氢脆/氢损伤微观机理的研究。简要综述了氢脆/氢损伤微观机理研究领域的研究进展,重点关注了氢对空位、位错、界面等材料微观缺陷行为的影响。     

分子束研究气体分子在表面吸脱附动力学

分子束技术与表面电子谱、气体质谱分析技术相结合,形成分子束-表面散射谱,它是研究气体-表面相互作用动力学的有力工具.它的主要突破在于从分子(原子)量度来揭示诸如表面吸附、脱附、催化、腐蚀和能量适应等气体-表面作用过程.本文首先概述了表面吸附、脱附过程及类型,接着叙述了本实验室自行研制的分子束-表面散射装置的总体设计及用来研究表面吸脱附的实验技术.最后举例说明分子束技术在研究表面吸脱附中的应用.     

MlNi4Co0.6Al0.4储H2合金表面吸H2的TDS研究

用热脱附谱(TDS)对不同表面处理的富La混合储H2合金MlNi4Co0.6Al0.4粉末样品进行H2气吸附和脱附特性的比较和研究。未经表面处理的粉末样品,只测到一个H2脱附峰(α峰),脱附温度在400K左右;经6molKOH溶液,在80℃下处理6h的MlNi4Co0.6Al0.4粉末样品,有2个H2热脱附峰(β峰和γ峰),脱附温度分别在540和630K处;而用6molKOH+0.02molKBH4溶液处理后,则有3个H2热脱附峰(α峰,β峰和γ峰),脱附温度分别在400,530和640K处。TDS研究表明,热碱加还原的处理使材料表面对H2气吸附的活性和容量提高,并使各个吸附态的扩散和转变更加容易。