Ti掺杂对ZrCo贮氚合金中氦行为的影响研究
发布时间：2021-07-05 11:23
采用掠入射X射线衍射（GIXRD）、弹性离子反冲（ERD）、氦热解吸（TDS）、扫描电镜（SEM）对直流磁控溅射法制备的含氦Zr-Co、Zr-Ti-Co薄膜进行分析,分别得到样品物相、氦的深度和浓度分布、氦热解吸图谱以及热解吸前后的表面形貌。氦热解吸实验曲线反映出Ti的掺杂有利于抑制ZrCo贮氚合金中氦的迁移、聚集和发展,提升相应捕陷位置中氦的释放温度;氦热解吸后,Zr0.8Ti0.2Co薄膜样品的晶界密度相比ZrCo薄膜样品更低,降低减少了氦泡迁移的通道,延缓高温下氦泡迁移合并的趋势,表明掺杂Ti可提升ZrCo合金的固氦能力,对高温条件下氦的释放具有抑制作用。
【文章来源】：钛工业进展. 2020,37(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【图文】：
低氦含量和高氦含量Zr Co和Zr0.8Ti0.2Co薄膜的GIXRD图谱
为确定样品中氦的浓度和深度分布，利用弹性离子反冲法对薄膜样品中氦进行分析。图2为高氦含量ZrCo和Zr0.8Ti0.2Co薄膜中氦的弹性离子反冲图。从图2中可以看出，薄膜样品中氦的实验数据与模拟结果基本吻合。图3为解谱后薄膜样品中氦浓度随深度的变化曲线。从图3可以看出，氦在薄膜中的分布较为均匀，低、高氦含量Zr Co和Zr0.8Ti0.2Co样品中氦的原子分数分别达到1%～2%和11%～12%。而且无论氦含量高低，Zr Co和Zr0.8Ti0.2Co薄膜样品中氦的深度几乎相同，氦浓度随深度变化趋势也几乎相同。图3中薄膜表面的氦浓度较低，这是由于氦从该区域逸出造成的。
在利用氦热解吸分析氦在材料中的演化之前，需了解氦在样品中的演化过程。本实验通过磁控溅射将样品靶材反向散射的氦原子均匀植入合金中，氦原子将优先与材料中的缺陷结合，形成氦空位复合体[25]。在低激活扩散能(约0.4 eV)的情况下，间隙位氦原子会迁移到氦空位复合体(HenVm)中[26]。随着氦原子的积累，将形成不同大小的氦泡，并分布于整个材料中，在一定条件下这些氦泡进一步通过迁移合并机制或熟化机制[27]演变成大的氦泡，最终延伸至材料表面释放逸出。图4为Zr Co及Zr0.8Ti0.2Co薄膜样品的氦热解吸谱图。根据图4中氦热解吸峰的特征，将氦热解吸谱划分为3个释放区域:低温区I区温度范围150～400℃，中温区Ⅱ区温度范围400～800℃，高温区Ⅲ区温度范围800～1 200℃。在I区所有样品都有1个连续的微弱释放区域，释放的氦附着在样品表面。研究者普遍认为，样品表面附着的这些氦可在低温条件下脱附[22,28]。对比Ⅱ区和Ⅲ区可以看到，随着样品包覆氦含量的增加，Ⅲ区氦热释放峰消失，而Ⅱ区氦热释放峰明显增强且形式单一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZrCo和Zr0.7Hf0.3Co合金中氦泡演化和氦热释放研究[J]. 彭丽霞,赖新春,蒋春丽. 稀有金属材料与工程. 2018(09)
[2]核聚变堆包层结构材料研究进展及展望[J]. 徐玉平,吕一鸣,周海山,罗广南. 材料导报. 2018(17)
[3]单晶6H-SiC经氦离子辐照及退火后的微观组织研究[J]. 李瑞祥,周韦,冉广,沈强,冯琦杰,叶超,李宁. 稀有金属材料与工程. 2018(01)
[4]Ti元素改性ZrCo合金在CO杂质气氛中吸氢行为及影响机制[J]. 张光辉,唐涛,桑革,熊义富,寇化秦,吴文清,蔚勇军. 稀有金属材料与工程. 2017(11)
[5]Ti改性ZrCo贮氚合金的抗氢致歧化机制研究[J]. 张光辉,桑革. 核动力工程. 2016(03)
[6]RAFM钢中氚氦行为的研究进展[J]. 何伟波,陈长安,王佳佳,向鑫,帅茂兵. 材料导报. 2015(17)
[7]金属钨中氦行为的分子动力学模拟[J]. 汪俊,张宝玲,周宇璐,侯氢. 物理学报. 2011(10)
[8]铁掺杂对铝中氦行为的影响[J]. 向鑫,刘柯钊,陈长安,刘婷婷,彭丽霞. 稀有金属材料与工程. 2011(02)
[9]高容量储氢材料的研究进展[J]. 李松林,刘燚,崔建民,袁勇,陈仕奇,何轶伦. 材料导报. 2007(10)
本文编号：3265982
【文章来源】：钛工业进展. 2020,37(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【图文】：
低氦含量和高氦含量Zr Co和Zr0.8Ti0.2Co薄膜的GIXRD图谱
为确定样品中氦的浓度和深度分布，利用弹性离子反冲法对薄膜样品中氦进行分析。图2为高氦含量ZrCo和Zr0.8Ti0.2Co薄膜中氦的弹性离子反冲图。从图2中可以看出，薄膜样品中氦的实验数据与模拟结果基本吻合。图3为解谱后薄膜样品中氦浓度随深度的变化曲线。从图3可以看出，氦在薄膜中的分布较为均匀，低、高氦含量Zr Co和Zr0.8Ti0.2Co样品中氦的原子分数分别达到1%～2%和11%～12%。而且无论氦含量高低，Zr Co和Zr0.8Ti0.2Co薄膜样品中氦的深度几乎相同，氦浓度随深度变化趋势也几乎相同。图3中薄膜表面的氦浓度较低，这是由于氦从该区域逸出造成的。
在利用氦热解吸分析氦在材料中的演化之前，需了解氦在样品中的演化过程。本实验通过磁控溅射将样品靶材反向散射的氦原子均匀植入合金中，氦原子将优先与材料中的缺陷结合，形成氦空位复合体[25]。在低激活扩散能(约0.4 eV)的情况下，间隙位氦原子会迁移到氦空位复合体(HenVm)中[26]。随着氦原子的积累，将形成不同大小的氦泡，并分布于整个材料中，在一定条件下这些氦泡进一步通过迁移合并机制或熟化机制[27]演变成大的氦泡，最终延伸至材料表面释放逸出。图4为Zr Co及Zr0.8Ti0.2Co薄膜样品的氦热解吸谱图。根据图4中氦热解吸峰的特征，将氦热解吸谱划分为3个释放区域:低温区I区温度范围150～400℃，中温区Ⅱ区温度范围400～800℃，高温区Ⅲ区温度范围800～1 200℃。在I区所有样品都有1个连续的微弱释放区域，释放的氦附着在样品表面。研究者普遍认为，样品表面附着的这些氦可在低温条件下脱附[22,28]。对比Ⅱ区和Ⅲ区可以看到，随着样品包覆氦含量的增加，Ⅲ区氦热释放峰消失，而Ⅱ区氦热释放峰明显增强且形式单一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZrCo和Zr0.7Hf0.3Co合金中氦泡演化和氦热释放研究[J]. 彭丽霞,赖新春,蒋春丽. 稀有金属材料与工程. 2018(09)
[2]核聚变堆包层结构材料研究进展及展望[J]. 徐玉平,吕一鸣,周海山,罗广南. 材料导报. 2018(17)
[3]单晶6H-SiC经氦离子辐照及退火后的微观组织研究[J]. 李瑞祥,周韦,冉广,沈强,冯琦杰,叶超,李宁. 稀有金属材料与工程. 2018(01)
[4]Ti元素改性ZrCo合金在CO杂质气氛中吸氢行为及影响机制[J]. 张光辉,唐涛,桑革,熊义富,寇化秦,吴文清,蔚勇军. 稀有金属材料与工程. 2017(11)
[5]Ti改性ZrCo贮氚合金的抗氢致歧化机制研究[J]. 张光辉,桑革. 核动力工程. 2016(03)
[6]RAFM钢中氚氦行为的研究进展[J]. 何伟波,陈长安,王佳佳,向鑫,帅茂兵. 材料导报. 2015(17)
[7]金属钨中氦行为的分子动力学模拟[J]. 汪俊,张宝玲,周宇璐,侯氢. 物理学报. 2011(10)
[8]铁掺杂对铝中氦行为的影响[J]. 向鑫,刘柯钊,陈长安,刘婷婷,彭丽霞. 稀有金属材料与工程. 2011(02)
[9]高容量储氢材料的研究进展[J]. 李松林,刘燚,崔建民,袁勇,陈仕奇,何轶伦. 材料导报. 2007(10)
本文编号：3265982
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