500keV的He2+離子輻照Fe基、Ni基、Ti基金屬玻璃損傷研究.pdf

1、金屬玻璃是長程無序短程有序的結構，沒有傳統(tǒng)晶體材料中的晶格缺陷，具有與傳統(tǒng)晶體材料不同的耐輻照性能，也許可以作為聚變裝置中耐輻照候選材料。利用能量為500 keV劑量為1×1017、2×1017、5×1017和1×1018 ions/cm2的He2+離子輻照金屬玻璃Fe80Si7.43B12.57、 Ta38Ni62、Ni62.5Nb31.25Ta6.25、 Ti94.3Cu1.9Zr1.9Sn1.9，合金V90.62Cr4.69Ti4

2、.69、V87.5Cr4.17Ti4.17Nb4.17和金屬W，對比研究金屬玻璃、多晶W和釩合金耐He2+離子輻照的能力。
　　采用SRIM程序模擬氦離子束輻照過程，計算了入射氦離子在金屬玻璃、金屬W和釩合金中的射程、空位、能損、濺射、DPA以及氦濃度分布等。He離子在金屬玻璃Fe80Si7.43B12.57、Ta38Ni62和金屬W中的射程分別為1.04μm、1.01μm和0.76μm;金屬玻璃的電子能損峰值均比W小，金屬玻璃的

3、空位峰值、DPA峰值均比W大。
　　金屬玻璃Fe80Si7.43B12.57、Ta38Ni62、Ni62.5Nb31.25Ta6.25、 Ti94.3Cu1.9Zr1.9Sn1.9在不同劑量的He2+離子輻照下都能保持非晶態(tài)，TEM分析發(fā)現(xiàn)在金屬玻璃Fe80Si7.43B12.57、 Ta38Ni62的氦離子射程末端均存在氦泡層。氦泡的半徑從氦濃度峰值深度向上下兩側逐漸減小。金屬玻璃表面沒有出現(xiàn)明顯的輻照損傷跡象，表面形貌呈現(xiàn)離子

4、轟擊導致的粗糙化和輸運誘發(fā)的平滑化相互競爭，F(xiàn)e80Si7.43B12.57、 Ta38Ni62、 Ti94.3Cu1.9Zr1.9Sn1.9表面均方根粗糙度隨輻照劑量增大而非線性增加，Ni62.5Nb31.25Ta6.25表面均方根粗糙度隨輻照劑量增大而先增大后略微減小。金屬玻璃Fe80Si7.43B12.57的軟磁性能輻照后保持良好。金屬W的表面均方根粗糙度增大，硬度隨輻照劑量增大先升高后降低。
　　在輻照劑量為1×1018

5、ions/cm2時，金屬玻璃均保持非晶狀態(tài)，表面無明顯的輻照損傷;而金屬W表面出現(xiàn)較大凹陷，釩合金甚至出現(xiàn)多層起泡層離剝離現(xiàn)象。金屬玻璃Fe80Si7.43B12.57、Ta38Ni62、 Ni62.5Nb31.25Ta6.25、Ti94.3Cu1.9Zr1.9Sn1.9在低于各自的晶化開始溫度時的耐He2+輻照能力比金屬W好，金屬W耐He2+輻照能力好于合金V90.62Cr4.69Ti4.69、V87.5Cr4.17Ti4.17Nb4