论文部分内容阅读
金属玻璃由于固有的无序结构,化学、物理、机械等性能均各向同性,被认为是能够抵抗离子辐照引起的损伤的,有可能成为核聚变辐照环境或航空航天辐照环境中的耐辐照候选材料。本文选择两个能量的H+进行辐照,其中250 keV的剂量为1×10"、2×1017、5×1017和1×1018 ions/cm2,40 keV的剂量为1×1018和3×1018 ions/cm2。选择不同能量、不同剂量的H+对金属玻璃Fe80Si7.43B12.57和Ni62Ta38与目前最有前途的面向等离子体候选材料金属W进行辐照。通过比较金属玻璃与金属W辐照前后结构与性能的变化,研究金属玻璃的耐H+辐照损伤行为。SRIM计算得到250 keV的H+入射到Fe80Si7.43B12.57中的射程为1.22 gm,剂量1×1018 ions/cm2下的dpa峰值为4.87。Fe80Si7.43B12.57在不同剂量的H+辐照后均主要保持非晶态,表面形貌没有明显的辐照损伤迹象。截面TEM分析证明辐照后距表面不同区域均为非晶态,成分沿深度方向上的分布没有明显变化。40 keV的H+入射到Fe80Si7.43B12.57中的射程为0.24 μm,剂量1×1018 ions/cm2下的dpa峰值为6.22。辐照后Fe80Si7.43B12.57被晶化,主要晶化相为α-Fe,伴有少量Fe2B、Fe3B以及亚稳态p-Mn型相。晶化层观察到氢泡以及氢泡联通长大的现象,元素Fe含量在晶化层范围内略有降低。不同能量下,Fe80Si7.43B12.57辐照后磁滞回线稍有变化,但仍具有较好的软磁性能,辐照后表面均方根粗糙度均增大。40 keV的H+入射到Ni62Ta38中的射程为0.21μm,剂量1×1018 ions/cm2下的dpa峰值为4.49。金属玻璃Ni62Ta38在H+辐照后被晶化,表面观察到少量μ-NiTa和Ni3Ta。 Ni62Ta38辐照后表面的均方根粗糙度略有增大,表面形貌没有出现较明显的辐照损伤迹象。能量为250 keV和40 keV时,H+在金属W中的射程分别为0.93 μm和0.15μm,剂量1×1018 ions/cm2-下的dpa峰值分别为1.74和2.80。金属W在H+辐照后表面均方根粗糙度随着剂量的增大而增大,并出现了不同程度的起泡损伤现象。250 keV时起泡损伤的泡盖厚度约为H+在金属W中的离子射程,40 keV时出现了泡盖与表面断裂的现象。金属玻璃Fe80Si7.43B12.57与Ni62Ta38的辐照后出现了不同程度的晶化现象,但整体没有出现起泡、层离等辐照损伤迹象。尽管金属玻璃Fe80Si17.43B12.57与Ni62Ta38的dpa峰值大于金属W,但实验中金属W出现了更加严重的辐照损伤。可见金属玻璃的无序结构能够容纳更多H+和辐照引起的位移损伤。金属玻璃Fe80Si7.43B12.57和Ni62Ta38的耐H+辐照性好于金属W,其中金属玻璃Ni62Ta38耐辐照性优于Fe80Si7.43B12.57。