CN103789530A - 一种用离子预辐照提高低活化材料抗辐照性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种利用离子预辐照通过产生纳米析出物从而提高材料的抗辐照性能的新方法，该方法对低活化铁素体/马氏体钢或者低活化模型合金进行适当的预辐照，在材料中形成一种纳米相，这种纳米析出相在随后的辐照中能保持尺寸和结构的稳定性，为材料提供更多的点缺陷阱，从而提高低活化材料的抗辐照性能。

Description

一种用离子预辐照提高低活化材料抗辐照性能的方法
 
技术领域
本发明属于结构钢材料技术领域，涉及一种提高反应堆用结构钢抗辐照性能的方法。 
背景技术
的品物hu核能的合理开发利用是解决人类日益严重的能源问题的重要途径之一，一直以来受到广泛的关注和研究。核反应堆结构材料由于面临着极端苛刻的辐照环境，提高材料的抗辐照性能显得尤为重要。材料中的界面（晶界和相界）可作为辐照产生的点缺陷（间隙原子和空位）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间隙原子有效复合，从而使得材料在辐照条件下具有良好的自修复性能，从而大大提高材料的抗辐照性能。析出物强化材料具有较高的界面体积比，在辐照条件下具有良好的抗辐照性能。
在材料中产生析出物的方法有多种，但是高效、直接的能够产生在随后辐照条件下稳定的纳米级细小析出物的方法仍是各国科学家研究的重点。目前在低活化金属材料中产生析出物主要有两种模式，一种是比较传统的热处理模式，通过不同的热处理工艺，使得材料中产生较多的析出物。然而通过这种方法获得的析出物尺寸不好控制，而且析出物在随后的高温辐照过程中会继续长大。另一种模式是通过粉末冶金的方法在材料中加入纳米氧化物粒子，并且通过这种方法获得的氧化物粒子在随后的辐照中比较稳定。但是这种方法工艺非常复杂，不经济，而且这样处理后的材料对随后的材料加工提出了很高的要求。低活化钢是新一代核裂变反应堆和未来核聚变反应堆中使用的结构钢材料。本申请专利采用一种全新的预辐照方法来产生大量纳米析出物从而提高低活化钢的抗辐照性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用离子预辐照提高低活化材料抗辐照性能的方法。
一种用离子预辐照提高低活化材料抗辐照性能的方法，其特征在于，用离子对低活化材料进行预辐照，通过获得稳定的纳米级析出物，来提高材料的抗辐照性能，具体操作步骤如下：
1）将低活化材料进行机械减薄、抛光并用丙酮清洗干净；
2）把步骤1得到的样品装入离子加速器，并将所述离子加速器的真空抽至 1×10-4-1×10-6 Pa；
3）注入H离子或D离子，能量为58-100 keV，剂量为1-1.6×1017 ions/cm2，温度设定为500 ℃，辐照时间为6-24小时；
4）预辐照完成后，样品材料中便产生大量纳米级析出物，所述析出物的尺寸分布在30-200 纳米之间，该析出物在随后的辐照中保持尺寸和结构的稳定性，为样品材料提供更多的点缺陷阱，从而提高低活化材料的抗辐照性能。
其中，所述低活化材料的成分，各元素按质量百分比Cr为8-10%，W为1.0-2.0%,V为0.1-0.3%，Ta为0.05-0.1%，C为0.01-0.1%，Mn为0.3-0.5%，Si为0.02-0.2%，余量为Fe。
其中，所述低活化材料的成分是以Fe为基，加入以下某种一种或多种元素，各元素按质量百分比Cr为8-12%，W为0.5-2.5%,V为0.1-0.5%，Ta为0.05-0.1%。
其中，经过预辐照后，所述低活化材料的基体中含有大量高度弥散分布的、尺寸在几十纳米到一两百纳米的析出相。
本发明的优点在于方法经济、工艺简单、操作简便，设备要求低可直接利用预辐照来进行。这样对低活化钢的冶炼和材料加工都没有提出新要求。获得的纳米析出物分布均匀而且在随后的辐照中尺寸和结构稳定。
附图说明
图1低活化模型合金中预辐照后产生大量的析出的电镜照片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并配合附图1，对本发明进一步详细说明。
实施例 1
1）将低活化钢模型合金（Fe-10wt%Cr）机械减薄到100 um,抛光并用丙酮清洗干净。
2）把样品装入离子加速器靶上，闭合，并将加速器的真空抽至 1×10-6 Pa。
3）注入离子为D离子，能量为58 keV，剂量为1×1017 ions/cm2。温度设定为500 ℃。辐照时间约为10小时。
4）预辐照完成后，合金中便产生了大量纳米级析出物，尺寸分布在30~200 纳米之间，如上电镜图所示。该析出物在随后的辐照中保持尺寸和结构的稳定性。
 
实施例 2
1）将低活化钢（Fe-9Cr-2W-V-Ta-C-Mn）机械减薄到100 um,抛光并用丙酮清洗干净。
2）把样品装入离子加速器靶上，闭合，并将加速器的真空抽至 1×10-6 Pa。
3）注入离子为H离子，能量为100 keV，剂量为1.6×1017 ions/cm2。温度设定为500 ℃。辐照时间约为16小时（6-24小时）。
4）预辐照完成后，合金中便产生了大量纳米级析出物，尺寸分布在30~200 纳米之间。该析出物在随后的辐照中保持尺寸和结构的稳定性。
以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用离子预辐照提高低活化材料抗辐照性能的方法，其特征在于，用离子对低活化材料进行预辐照，通过获得稳定的纳米级析出物，来提高材料的抗辐照性能，具体操作步骤如下：
1）将低活化材料进行机械减薄、抛光并用丙酮清洗干净；
2）把步骤1得到的样品装入离子加速器，并将所述离子加速器的真空抽至 1×10-4-1×10-6 Pa；
3）注入H离子或D离子，能量为58-100 keV，剂量为1-1.6×1017 ions/cm2，温度设定为500 ℃，辐照时间为6-24小时；
4）预辐照完成后，样品材料中便产生大量纳米级析出物，所述析出物的尺寸分布在30-200 纳米之间，该析出物在随后的辐照中保持尺寸和结构的稳定性，为样品材料提供更多的点缺陷阱，从而提高低活化材料的抗辐照性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低活化材料的成分，各元素按质量百分比Cr为8-10%，W为1.0-2.0%,V为0.1-0.3%，Ta为0.05-0.1%，C为0.01-0.1%，Mn为0.3-0.5%，Si为0.02-0.2%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低活化材料的成分是以Fe为基，加入以下某种一种或多种元素，各元素按质量百分比Cr为8-12%，W为0.5-2.5%,V为0.1-0.5%，Ta为0.05-0.1%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经过预辐照后，所述低活化材料的基体中含有大量高度弥散分布的、尺寸在几十纳米到一两百纳米的析出相。
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