一種用離子預輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法
2023-10-17 16:44:34
一種用離子預輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法
【專利摘要】本發明提出了一種利用離子預輻照通過產生納米析出物從而提高材料的抗輻照性能的新方法，該方法對低活化鐵素體/馬氏體鋼或者低活化模型合金進行適當的預輻照，在材料中形成一種納米相，這種納米析出相在隨後的輻照中能保持尺寸和結構的穩定性，為材料提供更多的點缺陷阱，從而提高低活化材料的抗輻照性能。
【專利說明】一種用離子預輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明屬於結構鋼材料【技術領域】，涉及一種提高反應堆用結構鋼抗輻照性能的方法。
【背景技術】
[0003]的品物hu核能的合理開發利用是解決人類日益嚴重的能源問題的重要途徑之一，一直以來受到廣泛的關注和研究。核反應堆結構材料由於面臨著極端苛刻的輻照環境，提高材料的抗輻照性能顯得尤為重要。材料中的界面(晶界和相界)可作為輻照產生的點缺陷(間隙原子和空位)的高效陷阱(sink) [X.M.Bai, et al.Science, 2010，327:1631-3633.and G.X.Science, 2010]，使得界面附近的空位和間隙原子有效複合，從而使得材料在輻照條件下具有良好的自修復性能，從而大大提高材料的抗輻照性能。析出物強化材料具有較高的界面體積比，在輻照條件下具有良好的抗輻照性能。
[0004]在材料中產生析出物的方法有多種，但是高效、直接的能夠產生在隨後輻照條件下穩定的納米級細小析出物的方法仍是各國科學家研究的重點。目前在低活化金屬材料中產生析出物主要有兩種模式，一種是比較傳統的熱處理模式，通過不同的熱處理工藝，使得材料中產生較多的析出物。然而通過這種方法獲得的析出物尺寸不好控制，而且析出物在隨後的高溫輻照過程中會繼續長大。另一種模式是通過粉末冶金的方法在材料中加入納米氧化物粒子，並且通過這種方法獲得的氧化物粒子在隨後的輻照中比較穩定。但是這種方法工藝非常複雜，不經濟，而且這樣處理後的材料對隨後的材料加工提出了很高的要求。低活化鋼是新一代核裂變反應堆和未來核聚變反應堆中使用的結構鋼材料。本申請專利採用一種全新的預輻照方法來產生大量納米析出物從而提高低活化鋼的抗輻照性能。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種用離子預輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法。
[0006]一種用離子預輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法，其特徵在於，用離子對低活化材料進行預輻照，通過獲得穩定的納米級析出物，來提高材料的抗輻照性能，具體操作步驟如下:
1)將低活化材料進行機械減薄、拋光並用丙酮清洗乾淨；
2)把步驟I得到的樣品裝入離子加速器，並將所述離子加速器的真空抽至I X 10-4-1 X 10_6 Pa ；
3)注入H離子或D離子，能量為58-100keV，劑量為1-1.6X IO17 ions/cm2，溫度設定為500 °C，輻照時間為6-24小時；
4)預輻照完成後，樣品材料中便產生大量納米級析出物，所述析出物的尺寸分布在30-200納米之間，該析出物在隨後的輻照中保持尺寸和結構的穩定性，為樣品材料提供更多的點缺陷阱，從而提高低活化材料的抗輻照性能。
[0007]其中，所述低活化材料的成分，各元素按質量百分比Cr為8-10%，W為1.0-2.0%, V為 0.1-0.3%, Ta 為 0.05-0.1%，C 為 0.01-0.1%，Mn 為 0.3-0.5%, Si 為 0.02-0.2%，餘量為Fe。
[0008]其中，所述低活化材料的成分是以Fe為基，加入以下某種一種或多種元素，各元素按質量百分比 Cr 為 8-12%, W 為 0.5-2.5%, V 為 0.1-0.5%, Ta 為 0.05-0.1%。
[0009]其中，經過預輻照後，所述低活化材料的基體中含有大量高度彌散分布的、尺寸在幾十納米到一兩百納米的析出相。
[0010]本發明的優點在於方法經濟、工藝簡單、操作簡便，設備要求低可直接利用預輻照來進行。這樣對低活化鋼的冶煉和材料加工都沒有提出新要求。獲得的納米析出物分布均勻而且在隨後的輻照中尺寸和結構穩定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1低活化模型合金中預輻照後產生大量的析出的電鏡照片。
【具體實施方式】
[0012]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例並配合附圖1，對本發明進一步詳 細說明。
[0013]實施例1
I)將低活化鋼模型合金(Fe-10wt%Cr)機械減薄到100 um,拋光並用丙酮清洗乾淨。
[0014]2)把樣品裝入離子加速器靶上，閉合，並將加速器的真空抽至1X10_6 Pa。
[0015]3)注入離子為D離子，能量為58 keV，劑量為IXlO17 ions/cm2。溫度設定為500°c。輻照時間約為10小時。
[0016]4)預輻照完成後，合金中便產生了大量納米級析出物，尺寸分布在30-200納米之間，如上電鏡圖所示。該析出物在隨後的輻照中保持尺寸和結構的穩定性。
[0017]實施例2
I)將低活化鋼(Fe-9Cr-2W-V-Ta-C-Mn)機械減薄到100 um,拋光並用丙酮清洗乾淨。
[0018]2)把樣品裝入離子加速器靶上，閉合，並將加速器的真空抽至1X10_6 Pa。
[0019]3)注入離子為H離子，能量為100 keV，劑量為1.6X IO17 ions/cm2。溫度設定為500 °C。輻照時間約為16小時(6-24小時)。
[0020]4)預輻照完成後，合金中便產生了大量納米級析出物，尺寸分布在30-200納米之間。該析出物在隨後的輻照中保持尺寸和結構的穩定性。
[0021]以上所述僅是本發明優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應該視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種用離子預輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法，其特徵在於，用離子對低活化材料進行預輻照，通過獲得穩定的納米級析出物，來提高材料的抗輻照性能，具體操作步驟如下: 1)將低活化材料進行機械減薄、拋光並用丙酮清洗乾淨； 2)把步驟I得到的樣品裝入離子加速器，並將所述離子加速器的真空抽至I X 10-4-1 X 10_6 Pa ； 3)注入H離子或D離子，能量為58-100keV，劑量為1-1.6X IO17 ions/cm2，溫度設定為500 °C，輻照時間為6-24小時； 4)預輻照完成後，樣品材料中便產生大量納米級析出物，所述析出物的尺寸分布在30-200納米之間，該析出物在隨後的輻照中保持尺寸和結構的穩定性，為樣品材料提供更多的點缺陷阱，從而提高低活化材料的抗輻照性能。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述低活化材料的成分，各元素按質量百分比 Cr 為 8-10%, W 為 1.0-2.0%, V 為 0.1-0.3%, Ta 為 0.05-0.1%，C 為 0.01-0.1%，Mn 為0.3-0.5%, Si 為 0.02-0.2%，餘量為 Fe。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述低活化材料的成分是以Fe為基，加入以下某種一種或多種元素，各元素按質量百分比Cr為8-12%，W為0.5-2.5%，V為0.1-0.5%，Ta 為 0.05-0.1%。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，經過預輻照後，所述低活化材料的基體中含有大量高度彌散分布的、尺寸在幾十納米到一兩百納米的析出相。
【文檔編號】C21D10/00GK103789530SQ201410023732
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】劉平平, 詹倩, 萬發榮, 趙明忠 申請人:北京科技大學