带电粒子辐照对Zr-702组织和性能的影响

论文摘要

本论文利用正离子加速器对Zr-702进行了120keV的质子、氮离子和氩离子辐照试验,研究了辐照前后材料的表面纳米硬度、拉伸、动态拉伸形变与摩擦磨损等力学性能及组织的变化规律,并通过SRIM模拟与XRD、XPS和TEM等手段,探讨了Zr-702的辐照硬化机理。氩离子辐照后,Zr-702的抗拉强度略有上升、延伸率略有下降,质子和氮离子辐照对该材料的抗拉强度和延伸率没有影响;Zr-702的纳米硬度随氩离子注量的增加明显升高,并在入射深度方向出现峰值;氩离子和氮离子辐照导致Zr-702动态拉伸变成中出现了大量晶粒塌陷、表面皲裂和微孔聚集形成裂纹等现象,主裂纹沿着垂直于拉伸的方向呈折线型扩展;在氩离子辐照注量较小时,Zr-702的平均摩擦系数变大,磨损率增大,出现了磨粒磨损,但当辐照注量达2×1016/cm2后,摩擦系数和磨损率减小。在离子辐照条件下,Zr-702力学性能及组织的变化原因是辐照硬化,氩离子、氮离子和质子辐照对Zr-702的硬化效应依次减弱。辐照硬化机制主要是固溶强化和缺陷强化。随着辐照注量的增加,一方面点阵畸变程度增加,另一方面点缺陷通过运动,形成更大尺度的缺陷,使辐照硬化效果逐渐增强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.2 金属锆的性质及应用
• 1.3 空间带电粒子辐射环境
• 1.4 金属材料的辐照效应
• 1.4.1 几种重要辐照效应
• 1.4.2 质子辐照效应
• 1.4.3 重离子辐照效应
• 1.4.4 辐照效应机理
• 1.5 研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料及加工处理
• 2.1.1 材料原始状态
• 2.1.2 试验样品
• 2.2 辐照试验设备与方法
• 2.2.1 辐照设备
• 2.2.2 辐照试验参数
• 2.3 力学性能试验和设备
• 2.3.1 拉伸试验
• 2.3.2 纳米压痕试验
• 2.3.3 动态拉伸试验
• 2.3.4 摩擦磨损试验
• 2.4 分析测试方法和设备
• 2.4.1 X光电子能谱
• 2.4.2 X射线衍射
• 2.4.3 透射电子显微镜
• 2.4.4 扫描电子显微镜
• 第3章 离子辐照对Zr-702 力学性能和组织的影响
• 3.1 拉伸性能及组织变化
• 3.2 纳米硬度变化规律
• 3.3 动态拉伸过程及组织
• 3.3.1 塑性变形
• 3.3.2 裂纹的萌生和扩展
• 3.3.3 动态拉伸断口
• 3.4 摩擦磨损特性及组织
• 3.4.1 摩擦磨损特性
• 3.4.2 磨损表面形貌
• 3.5 本章小结
• 第4章 Zr-702 辐照硬化机理分析
• 4.1 辐照损伤的SRIM模拟
• 4.1.1 粒子射程
• 4.1.2 粒子能量损失
• 4.1.3 辐照缺陷
• 4.2 辐照后显微分析
• 4.2.1 XRD分析
• 4.2.2 XPS分析
• 4.3 辐照硬化机理分析
• 4.3.1 辐照硬化范围
• 4.3.2 固溶强化
• 4.3.3 缺陷形成与演化
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢