氧化钇颗粒增强轧制钨板再结晶行为及其对辐照损伤的影响研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SURE181709394
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钨基材料具有高熔点、高热导率和低溅射率等优点,被认为是核聚变材料中最具有潜力的面向等离子材料。在服役过程中,钨基材料将承受极端热负荷(10-20 MW/m~2)、高通量离子(1020-1024 ions/(m~2 s))及高能中子辐照(14 Me V)等多场协同作用。长时间高热负荷服役条件会导致钨基材料发生静态再结晶,从而导致其机械性能、抗热负荷性能和抗辐照性能等都会随之发生变化。而这些性能的变化将直接关系到材料的使用寿命,还会影响到核聚变装置服役的安全。目前,关于钨基材料在稳态热负荷下再结晶行为及其抗离子辐照性能的研究尚不充分。因此,本文通过对67%轧制量的氧化钇弥散强化钨(WY67)进行不同温度下的等温退火实验,模拟了其在稳态热负荷下的再结晶行为;使用直线等离子体实验设备模拟了不同再结晶体积分数的WY67材料在聚变反应堆中遭受的He等离子辐照过程;探究了WY67材料在高温热负荷和离子辐照间接协同作用下的性能及组织变化。在等温退火实验中,WY67在相对低的退火温度1300°C和1350°C下进行长时间退火,以回复状态为主,显微组织与轧制态组织相比基本未发生明显变化。在相对高的退火温度1375°C、1400°C和1450°C下,随着退火时间的增加,初始变形组织逐渐被再结晶晶粒所取代,三种温度下分别退火72 h、36 h和3 h后发生完全再结晶。通过Kuhlmann模型及修正后JMAK模型分别描述了WY67在退火过程中的回复再结晶行为。通过Arrhenius关系拟合出WY67的再结晶激活能为1089(1±5%)k J/mol。WY67的再结晶温度约为1400°C。在He离子辐照实验中,当辐照温度为573 K时,不同再结晶体积分数的样品表面都产生了纳米尺度的微观损伤结构。随着辐照剂量的增加,材料表面辐照损伤程度增加。与轧制状态样品相比,在低辐照剂量下,再结晶状态样品在辐照后产生的纳米尺度结构更为密集且更多;而在高辐照剂量下,再结晶状态样品表面产生了纳米尺寸的孔洞。部分和完全再结晶状态的样品表面损伤形貌类似。在辐照温度为1073 K时,不同再结晶体积分数的样品表面都产生了Fuzz结构,且随着再结晶体积分数的增加,样品表面上的Fuzz结构逐渐发生聚集。表面粗糙度分析表明,在相同辐照条件下,随着再结晶体积分数的增加,材料表面粗糙度增加。此外,在辐照过程中,钨基体中氧化钇颗粒更易被刻蚀掉。
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