上海應物所高溫鎳基合金輻照效應基礎研究取得重要進展

近期，中國科學院上海應用物理研究所合金輻照研究團隊和湖南大學鄧輝球教授團隊在鎳基合金輻照效應基礎研究方面取得重要進展。通過實驗和分子動力學模擬，詳盡地闡述了GH3535合金在雙束輻照過程中應力和氦濃度對位錯環演化影響機制。相關成果以“The effect of stress state and He concentration on the dislocation loop evolution in Ni superalloy irradiated by Ni+ & He+ dual-beam ions: in-situ TEM observation and MD simulations”為題，發表于《Journal of Materials Science & Technology》期刊（材料科學1區，IF 11.2），論文共同第一作者是朱振博博士和邱榮陽博士（湖南大學），通訊作者為黃鶴飛研究員和湖南大學鄧輝球教授。

堆中強中子輻照是影響金屬材料結構與性能長期穩定性的主要因素之一。受限于中子輻照條件及實驗表征技術，輻照引入的氦泡和位錯環兩種損傷缺陷的協同演化機制仍不明確。為了更好模擬熔鹽堆中的中子輻照環境以詳盡地研究鎳基合金中輻照損傷演化機制，合金輻照研究團隊首先采用H2+ & He+雙束輻照原位平臺實時觀察缺陷演化過程，研究發現并揭示了預制位錯環對后續輻照缺陷演化的影響機制、高壓氦泡擠壓發射位錯環機制和菱形位錯環的形成演化機制[Journal of Materials Science & Technology 138 (2023) 36，ESI高被引論文]。在此研究基礎上，進一步開展了Ni+ & He+雙束輻照和原位表征實驗研究。發現氦濃度對位錯環演化的影響機制：較高的氦濃度不僅促進位錯環的成核，還通過增加局部堆垛層錯能促進弗蘭克位錯環的解離。同時，實驗觀察到了殘余應力導致同一晶粒內的兩種不同間隙型位錯環演化行為，并通過分子動力學建立了應力方向、大小與位錯環演化關系：應力方向會影響弗蘭克位錯環的優先形核取向；壓應力能夠降低完美位錯環的形成能，從而促進了完美位錯環形核，同時導致位錯環的密度降低但尺寸增加。

本項研究得到了國家自然科學基金、中國科學院上海應用物理研究所育新計劃的資助支持。（材料研究部 供稿）

文章鏈接：?https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.06.015

圖. 分子動力學模擬建立應力方向、大小與位錯環演化關系和氦濃度對位錯環演化影響機制。