惰性元素氦在材料中的行为是核工业不可回避的问题，在聚变能研究、军用（及民用）核技术、氚工艺及含氚的实验工作中经常会遇到因辐照或衰变产生的氦的问题。金属中的氦，因不溶于基体，始终处于扩散、团聚以及从金属中释放等不稳定状态;同时金属将产生缺陷、发生肿胀，从而降低力学性能及缩短材料服役寿命。为研制具有良好性能的反应堆材料和临氚材料，如低肿胀、耐损伤的第一堆壁材料，长使用寿命的贮氢材料和抗氢（氚）结构材料，寻求改善材料中氦行为和抑制氦脆的方法，本工作以磁控溅射法制备的纯Ti和Ti-Y合金薄膜为研究对象，研究了氦原子和氦泡在Ti膜中的存在形式及热演变行为;Ti-Y合金薄膜的组织结构及合金元素对材料力学性能的影响;以及Y对Ti合金薄膜中氦行为的影响。　　对含氦Ti膜进行热解吸(TDS)、小角X射线散射(SAXS)、透射电镜(TEM)观察等分析发现，从室温到1500℃的四个解吸峰，分别对应于材料表层吸附的氦、空位处的氦、HemVn团簇和氦泡里的氦。加热过程中He的热演变可以分为两个同时存在而又相互竞争的过程，即低温以He向外扩散释放为主，高温以形成氦泡存留于材料中为主，取决于低温和高温时材料中产生的热空位的数量。引入了三个特征温度来描述He在材料中的这种热演变行为。对热处理后形成的氦泡的统计分析和显微观察表明，随着热处理温度升高，氦泡平均尺寸增加，其数密度先减小后增加，直至在更高温度下发生氦的大量解吸。温度相对较低时，氦泡倾向于在晶界形核和长大，呈扁平状;增加氦含量或提高热处理温度，氦泡形态向多边形化演变，直至形成圆球状，生长方向垂直于其小平面。温度较高时，材料中的热空位不可忽视，因而大量氦泡在晶内形成。　　对二元Ti-Y合金薄膜的研究表明，由于镀膜过程中Y与真空室中残余的O2反应，合金中的Y主要以立方结构的Y2O3纳米颗粒和纳米棒的形式弥散分布于基体中，在晶界处居多。随着温度升高，Y2O3纳米颗粒逐渐粗化，纳米棒也变得更多更长，生长方向平行于其(002)晶面。与纯Ti膜相比，合金元素Y的加入显著提高了薄膜的硬度，弹性模量有所降低。　　研究合金元素Y对氦释放和氦泡演变过程的影响时发现，Y2O3沉淀相与基体的界面对氦泡具有强烈的捕陷作用。一方面，第二相沉淀为氦泡生长提供了有效的形核中心，降低了基体原子的自扩散系数，从而阻碍了受热过程中氦泡的迁移与合并，抑制了大尺寸氦泡的形成;另一方面，薄膜表面形成的富Y偏聚层，使薄膜表面变得相对平坦致密，二者共同作用导致氦的热解吸峰向高温方向偏移，延缓了氦的释放。此外，合金元素Y减少了由晶内流向晶界的氦流量，降低了基体晶粒以及氦泡的尺寸，减小了间隙氦和替位氦对合金薄膜基体Ti原子键合强度的削弱作用，因而在一定程度上改善了氦对材料力学性能的不利影响。