《鋁中氦泡的三維原子探針檢測技術研究》是依託上海大學，由劉文慶擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：鋁中氦泡的三維原子探針檢測技術研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：劉文慶
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
核能領域使用的金屬材料中普遍存在著氦的產生和氦泡的形核生長，這將引起材料的腫脹，降低材料的機械性能，縮短材料使用壽命，從而帶來核能安全問題。本項目嘗試採用離子注入的方法在金屬鋁中引入氦原子，將其在一定的溫度回火不同時間，使氦原子處於不同的偏聚析出階段，採用原子探針層析技術(APT)對氦泡在金屬鋁中的形核、長大過程進行表征，研究熱處理條件對氦泡大小、密度以及鋁金屬力學性能的影響。同時研究表面注He鋁金屬APT分析樣品的製備技術，獲得樣品製備的工藝參數；研究用等原子密度方法表征分析氦泡分布的APT技術；研究基體固溶氦原子的APT探測分析技術, 獲得基體中固溶氦原子三維分布。進一步發展和完善鋁金屬中氦泡的形核和長大機制，控制金屬中氦泡的形核和長大，為延長核材料的使用壽命提供理論依據，推動APT技術套用的發展和突破核材料自輻照老化微觀實驗表征關鍵技術。
結題摘要
用SRIM軟體模擬預測不同注入能量下氦在鋁樣品中的濃度分布，採用離子注入的方法在金屬鋁中引入氦原子，將其在一定的溫度回火不同時間，使氦原子處於不同的偏聚析出階段。用納米力學測試系統分析離子注入對樣品力學性能的影響，用透射電子顯微鏡（TEM）和原子探針層析技術(APT)觀察和表征鋁中氦泡的形核、長大過程，研究熱處理條件對氦泡大小、密度以及鋁金屬力學性能的影響，用透射電子顯微鏡（TEM）原位觀察在應力作用下鋁中氦泡的演變過程。結果顯示,(1)晶界處氦泡尺寸較晶粒內的大，晶界兩側不同晶粒內氦泡尺寸有較大差異，說明晶界有利於氦泡的形成和長大，晶粒取向對氦泡的形核長大行為可能有顯著影響。(2)在應力作用下，氦泡的合併、變形、破裂和消失，均發生在裂紋擴展方向上；相比小尺寸的氦泡，大尺寸氦泡更容易通過合併而長大；同時，尺寸相似的兩個鄰近氣泡可以合併成一個氦泡；而當氦泡長大到一定的臨界尺寸，氦泡在進一步的拉伸應變下會發生變形和消失現象。這是由於應力驅動下的氦原子和空位擴散造成的。（3）拉伸過程中，裂尖區域的氦泡基本消失；沿裂紋擴展方向，氦泡發生了合併；遠離開裂區域的基體內氦泡的大小和數量未見明顯變化，這表明，樣品中應力分布的差異影響了氦泡的演變行為。此外，晶界作為缺陷捕獲源，拉伸時其附近區域產生的應力集中，引起氦原子和空位向晶界位置擴散，導致晶界處氦泡的長大以及晶界附近區域氦泡的消失。這些研究成果為控制由於氦泡引起材料腫脹、降低材料的機械性能、導致材料變脆（氦脆）有積極作用，從而延長材料使用壽命，保障核能的安全。
