【摘 要】
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Ti对氚的衰变产物氦的容留能力不理想,氦累积到一定程度后,材料会出现鼓泡、脆化、掉粉等现象,导致机械强度较低,同时释放出来的氦会破坏密封器件的真空度,成为制约真空器件性能的瓶颈因素.本研究小组通过合金化增强机械性能、扩大晶格体积、扩充贮氢容氦空间,设计、制备了TiHf、TiHfY合金材料,研究表明,合金材料较纯Ti的晶格体积最高增大了14％,吸氘体胀率最高降低了5％,显著改善了材料的抗氢脆能力.数
【机 构】
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中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川绵阳621900 中国科学院金属研究所,辽宁沈阳1100
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Ti对氚的衰变产物氦的容留能力不理想,氦累积到一定程度后,材料会出现鼓泡、脆化、掉粉等现象,导致机械强度较低,同时释放出来的氦会破坏密封器件的真空度,成为制约真空器件性能的瓶颈因素.本研究小组通过合金化增强机械性能、扩大晶格体积、扩充贮氢容氦空间,设计、制备了TiHf、TiHfY合金材料,研究表明,合金材料较纯Ti的晶格体积最高增大了14％,吸氘体胀率最高降低了5％,显著改善了材料的抗氢脆能力.数值模拟的结果表明,TiHf、TiHfY合金材料的固氦能力也有较大提升.磁控溅射共沉积方式制备含氦材料,是当前普遍采用的一种快速评估材料中的氦行为的方法.磁控溅射引氦方法比离子注入引入的氦原子更接近氚衰变产生的氦原子的存在及演化行为,可用于模拟贮氚金属中由于氚衰变而产生的氦累积对材料的影响,并能够避免氚衰变产生氦所需的长实验周期.本研究利用这种方法,来评估TiHf、TiHfY合金材料中氦的行为.利用磁控溅射法成功制备了不同含氦量的Ti-Hf、Ti-Hf-Y、Ti-Y含氦合金膜.随He分压提高,膜中He含量也随之升高；Ti-Hf合金的含氦量He/M在0.0019～0.0112之间,Ti-Hf-Y合金的含氦量He/M在0.0040～0.0124之间,Ti-Y合金的含氦量He/M在0.0007～0.0036之间.在相同的制备条件下,Ti-Hf-Y合金的含氦量最高,Ti-Hf合金的含氦量次之,Ti-Y合金的含氦量则明显偏低.Ti-Hf、Ti-Hf-Y和Ti-Y含氦合金膜成分总体分布均匀,没有出现成分的偏析现象.合金膜中He含量增多后,XRD衍射峰有宽化趋势,晶体的无序程度增大,样品中位错密度增加.TiHf0.26和TiHf0.52含氦膜微观形貌很致密,晶界清晰、结合紧密,但晶粒表面变得褶皱化,氦含量升高晶粒有细化倾向.从表观形貌和断面结构看,Ti-Hf、Ti-Hf-Y含氦膜的致密度明显好于Ti含氦膜,在固氦能力上有优势.在氦含量He/M＜0.01的情况下,Ti-Hf、Ti-Hf-Y含氦膜在1000K以上才有释放峰.TiHf0.26含氦合金膜的热解吸主峰温度比Ti高100K左右.Ti-Hf(-Y)合金的固氦性能有望好于纯Ti.
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