一種用離子預(yù)輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種利用離子預(yù)輻照通過產(chǎn)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(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)輻照，在材料中形成一種納米相，這種納米析出相在隨后的輻照中能保持尺寸和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為材料提供更多的點(diǎn)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(yù)輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)鋼材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種提高反應(yīng)堆用結(jié)構(gòu)鋼抗輻照性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]的品物hu核能的合理開發(fā)利用是解決人類日益嚴(yán)重的能源問題的重要途徑之一，一直以來受到廣泛的關(guān)注和研究。核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料由于面臨著極端苛刻的輻照環(huán)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(chǎn)生的點(diǎn)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復(fù)合，從而使得材料在輻照條件下具有良好的自修復(fù)性能，從而大大提高材料的抗輻照性能。析出物強(qiáng)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(chǎn)生析出物的方法有多種，但是高效、直接的能夠產(chǎn)生在隨后輻照條件下穩(wěn)定的納米級細(xì)小析出物的方法仍是各國科學(xué)家研究的重點(diǎn)。目前在低活化金屬材料中產(chǎn)生析出物主要有兩種模式，一種是比較傳統(tǒng)的熱處理模式，通過不同的熱處理工藝，使得材料中產(chǎn)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，而且析出物在隨后的高溫輻照過程中會繼續(xù)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，并且通過這種方法獲得的氧化物粒子在隨后的輻照中比較穩(wěn)定。但是這種方法工藝非常復(fù)雜，不經(jīng)濟(jì)，而且這樣處理后的材料對隨后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(yīng)堆和未來核聚變反應(yīng)堆中使用的結(jié)構(gòu)鋼材料。本申請專利采用一種全新的預(yù)輻照方法來產(chǎn)生大量納米析出物從而提高低活化鋼的抗輻照性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用離子預(yù)輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法。
[0006]一種用離子預(yù)輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法，其特征在于，用離子對低活化材料進(jìn)行預(yù)輻照，通過獲得穩(wěn)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(jìn)行機(jī)械減薄、拋光并用丙酮清洗干凈；
2)把步驟I得到的樣品裝入離子加速器，并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(shè)定為500 °C，輻照時間為6-24小時；
4)預(yù)輻照完成后，樣品材料中便產(chǎn)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，該析出物在隨后的輻照中保持尺寸和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為樣品材料提供更多的點(diǎn)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(zhì)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%，余量為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(zhì)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(jīng)過預(yù)輻照后，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(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于方法經(jīng)濟(jì)、工藝簡單、操作簡便，設(shè)備要求低可直接利用預(yù)輻照來進(jìn)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后的輻照中尺寸和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1低活化模型合金中預(yù)輻照后產(chǎn)生大量的析出的電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例并配合附圖1，對本發(fā)明進(jìn)一步詳 細(xì)說明。
[0013]實(shí)施例1
I)將低活化鋼模型合金(Fe-10wt%Cr)機(jī)械減薄到100 um,拋光并用丙酮清洗干凈。
[0014]2)把樣品裝入離子加速器靶上，閉合，并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(shè)定為500°c。輻照時間約為10小時。
[0016]4)預(yù)輻照完成后，合金中便產(chǎn)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。該析出物在隨后的輻照中保持尺寸和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0017]實(shí)施例2
I)將低活化鋼(Fe-9Cr-2W-V-Ta-C-Mn)機(jī)械減薄到100 um,拋光并用丙酮清洗干凈。
[0018]2)把樣品裝入離子加速器靶上，閉合，并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(shè)定為500 °C。輻照時間約為16小時(6-24小時)。
[0020]4)預(yù)輻照完成后，合金中便產(chǎn)生了大量納米級析出物，尺寸分布在30-200納米之間。該析出物在隨后的輻照中保持尺寸和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0021]以上所述僅是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用離子預(yù)輻照提高低活化材料抗輻照性能的方法，其特征在于，用離子對低活化材料進(jìn)行預(yù)輻照，通過獲得穩(wěn)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(jìn)行機(jī)械減薄、拋光并用丙酮清洗干凈； 2)把步驟I得到的樣品裝入離子加速器，并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(shè)定為500 °C，輻照時間為6-24小時； 4)預(yù)輻照完成后，樣品材料中便產(chǎn)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，該析出物在隨后的輻照中保持尺寸和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為樣品材料提供更多的點(diǎn)缺陷阱，從而提高低活化材料的抗輻照性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低活化材料的成分，各元素按質(zhì)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%，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)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為基，加入以下某種一種或多種元素，各元素按質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，經(jīng)過預(yù)輻照后，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(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】劉平平, 詹倩, 萬發(fā)榮, 趙明忠 申請人:北京科技大學(xué)