辐照对纯铁空位迁移能的影响-

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1、辐照对纯铁空位迁移能的影响（间隙原子未用）—王宝健论文简介：辐照后铁中产生了间隙原子和空位，在一定条件下间隙原子和空位会发生迁移，进而影响铁中缺陷的聚集状态。针对这两种缺陷的迁移能做了大量研究，结果发现体心立方结构的材料中，空位迁移能比间隙原子的迁移能高很多，但针对具体的空位迁移能的数值并没有达成一致。任务要求：高纯铁及Fe-1.5wt.%W二元合金熔炼后制备透镜样品，采用JEM-ARM1300型超高压透射电子显微镜对纯铁及Fe-W透镜样品进行电子辐照。确定了空位迁移能的计算中重要的参数—温度、辐照时间和间隙型位错环的长大速率之后，进行计算杂质对纯铁点缺陷迁移能的影响在

2、核聚变堆结构材料低活化铁素体马氏体钢和钒合金的研究中，体心立方结构的铁和钒是重要的金属之一。研究铁和钒中点缺陷的变化，对研究低活化铁素体马氏体钢和钒合金的辐照损伤有很重要的意义。由于铁、钒具有相同的晶体结构，因此，在点缺陷迁移能的研究中一般以纯铁为代表。辐照后铁中产生了间隙原子和空位，在一定条件下间隙原子和空位会发生迁移，进而影响铁中缺陷的聚集状态。针对这两种缺陷的迁移能做了大量研究，结果发现体心立方结构的材料中，空位迁移能比间隙原子的迁移能高很多[[]KiritaniM,TakataH,MoriyamaK,etal.Mobilityoflatticevacancies

3、iniron[J].PhilosophicalMagazine,1979,40(6):779-802.]，但针对具体的空位迁移能的数值并没有达成一致。上世纪末学者们普遍采用淬火引入缺陷，随后通过不同温度的退火产生位错环来研究空位的迁移[[]KwapulińskiP,AsekJR,MorońJW.TheKineticsofStructuralDefectRecoveryinPureIronintheTemperatureInterval300to800K[J].PhysicaStatussolidi(a),1985,88:561-573.]，但这些报道由于结果相差很大难以

4、形成可靠的判定。采用正电子湮灭技术也可以检测铁中空位的存在[[]KimSM,BuyersWJL.Vacancyformationenergyinironbypositronannihilation[J].JournalofPhysicsF:MetalPhysics,1978,8(5):103-108.]，但是由于所用铁中杂质的含量过高，尤其是含有大量的氧（110ppm），空位中吸收了碳不能获得缺陷的迁移类型。超高压透射电子显微镜中的高能电子能持续地产生同等数量的间隙原子和空位，由于间隙原子比空位更易于移动，它与各种缺陷阱的相互作用也比空位强，因而缺陷阱（如位错环、表面、

5、晶界等）吸收的间隙原子也远多于空位。电子辐照下间隙型位错环将吸收间隙原子而不断长大，因此可以通过间隙型位错环的长大速率来计算空位迁移能。利用超高压透射电镜还可以原位观察缺陷结构的动态，具备研究点缺陷的能力。此外，碳和氮是铁中出现最频繁的外来间隙原子，在它们的溶解度范围内，即使很少量（几十个ppm）也能极大地影响钢的性能。碳和氮对铁中点缺陷迁移能的影响少有报道，为了获得高纯铁和含杂质铁在辐照损伤方面的系统性数据，通过纯铁和Fe-W中电子辐照形成的间隙型位错环在高温下的长大速率和数密度，比较了两者的空位迁移能和间隙原子迁移能，成分和机理两方面分析了杂质对点缺陷迁移能的影响。

6、实验方法将经过小型真空非自耗电弧熔炼炉熔炼的高纯铁及Fe-1.5wt.%W二元合金经线切割，并进行机械预磨制成直径3mm、厚度约100μm的圆片，将圆片封入真空石英管后在750℃保温0.5h空冷。然后将热处理后的纯铁及Fe-W样品采用电解双喷的方式制备透镜样品，电解双喷液为5%的高氯酸酒精。双喷时采用液氮冷却，双喷温度约-30～40℃，电流约20～25毫安，电压约60～80V。采用JEM-ARM1300型超高压透射电子显微镜对纯铁及Fe-W透镜样品进行电子辐照。空位迁移能的计算中重要的参数是温度、辐照时间和间隙型位错环的长大速率。在间隙型位错环的长大过程中，要计算位错环

7、的长大速率，至少需要三个以上的辐照温度，且这些温度相差不大，另外还有三个以上的时间区间。在空位迁移能的计算中采用380℃、400℃、420℃及440℃四个温度，每隔一分钟观察位错环的长大过程，以便于计算位错环的长大速率。间隙原子迁移能的计算中重要的参数是温度和间隙型位错环的密度，因此温度区间相差稍微大一些，采用350℃、400℃和450℃三个温度区间。电子辐照后，根据法拉第杯测得的电流值、纯铁的散射截面以及放大倍率计算了此次电子辐照的辐照损伤速率，约为2×10-4dpa/s。空位迁移能电子辐照下材料中会产生间隙型位错环，间隙型位错环吸收了