湖南大學《Acta Mater》：高熵合金輻照損傷機理取得重要進展

2020-08-10 材料material

近日，湖南大學材料科學與工程學院胡望宇教授團隊在傳統金屬材料領域著名期刊《Acta Materialia》（IF=7.293）上發表了題為「Enhanced Radiation Tolerance of the Ni-Co-Cr-Fe High-entropy Alloy as Revealed from Primary Damage」的研究論文。該論文採用分子動力學方法模擬了NiCoCrFe高熵合金（HEA）和純Ni在輻照誘導後的原子離位級聯過程，通過對比兩者的輻照缺陷生成及演化規律獲得了NiCoCrFe HEA的抗輻照損傷微觀機制。


論文連結：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.06.027


高熵合金材料（HEAs）因其優異的機械性能而受到廣泛關注，近年來，國際上提出其可作為聚變堆的候選材料之一。研究發現，不同於傳統合金材料，早在輻照初始階段HEAs的缺陷生長便受到抑制，最新研究表明HEAs的輻照缺陷演變規律較為複雜，相關抗輻照機制仍不明確。目前，由於試驗樣品製備耗資大、性能表徵耗時長、高能輻照源稀缺等一系列問題，嚴重阻礙了實驗對HEAs材料抗輻照性能的研究。模擬計算可從微觀尺度上模擬輻照初始階段的級聯碰撞、缺陷生長及演化，是研究輻照損傷機理的有效方法之一。


NiCoCrFe HEA與純Ni輻照損傷結果與機理示意圖


論文採用不同能量的初級離位原子（PKA）對完整FCC結構的NiCoCrFe HEA和純Ni進行離位級聯碰撞，研究發現NiCoCrFe HEA在熱峰處生成了比Ni更多的離位原子，但在級聯結束後殘餘更少的缺陷。隨著PKA能量的增大，兩種材料中間隙和空位團簇的尺寸或數量均有所增加，但NiCoCrFe HEA中缺陷的增長更為緩慢。


這種缺陷的延遲增長源自NiCoCrFe HEA中較高的缺陷複合率，主要與以下兩方面機理有關。1、HEAs中較強的熱峰和較低的熱導率延緩了其熱耗散從而增加了缺陷複合率；2、NiCoCrFe HEA中較小的間隙團簇形成能導致了其較為緩慢的間隙團簇行為。


該研究成果受國家自然科學基金和國家磁約束核聚變能發展研究專項等項目的資助。該論文以湖南大學材料科學與工程學院為第一單位，博士研究生林也平為第一作者，鄧輝球教授和密西根大學高飛教授為共同通訊作者。


本文來自「湖南大學材料科學與工程學院」。

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