氦离子注入钨中的硬化与应变局域化
材料科学
2020-08-26 v5 原子物理
摘要
钨是未来聚变反应堆中面向等离子体装甲部件的主要候选材料。在服役期间，聚变中子辐照通过碰撞级联产生晶格缺陷。从等离子体注入的氦通过增加缺陷保留而加剧损伤。二者均可利用氦离子注入来模拟。在近期一项关于 3000 appm 氦注入钨（W-3000He）的研究中，我们提出假设：氦致辐照硬化，随后在变形过程中软化。该假设基于以下观测：硬度大幅增加、纳米压痕周围大量堆积与滑移台阶形成，以及压痕下局域变形的劳厄衍射测量。本文通过将此假设纳入晶体塑性有限元（CPFE）公式，在 300 K 下模拟 W-3000He 中的纳米压痕，对该假设进行检验。模型考虑热激活位错滑移穿越氦缺陷阻碍，其势垒强度作为缺陷浓度与形貌的函数导出。对模拟的氦注入钨仅使用一个拟合参数：缺陷移除率。模拟极好地捕捉了局域大堆积，并预测了压痕下受限的晶格畸变场与几何必需位错，与先前的劳厄测量结果定量吻合。应变局域化通过 W-3000He 中纳米压痕中心截面提取样品的高分辨电子背散射衍射与透射电子显微镜测量进一步确认。
引用
@article{arxiv.1901.00745,
title = {Hardening and Strain Localisation in Helium-Ion-Implanted Tungsten},
author = {Suchandrima Das and Hongbing Yu and Edmund Tarleton and Felix Hofmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.00745},
year = {2020}
}