Effects of Irradiation Temperature and Dose Rate on the Mechanical Properties of Self-Ion Implanted Fe and Fe-Cr Alloys
在300 ℃、400 ℃和500 ℃温度下，用Fe ~+离子以2 MeV的最大能量和0.6dpa的剂量，以6 × 10 ~（-4）dpa/s和3 × 10 ~（-5）dpa/s的剂量率辐照纯Fe和含5，10和14%Cr的Fe-Cr模型合金。所有材料在300 ℃下辐照后硬度都有所增加.在400 ℃辐照后，仅Fe-Cr合金发生硬化，而纯铁没有发生硬化。在500 ℃下辐照后，在任何测试的材料中都没有观察到硬化。对于在300 C和400 C下的辐照，在较低剂量率下辐照的Fe-Cr合金中发现更大的硬化。透射电子显微镜和原子探针断层扫描的Fe 5%Cr合金中发现较大的位错环密度和尺寸的高剂量率和低剂量率辐照合金中的Cr沉淀。
2013-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of PM-HIP to Forged SA508 Pressure Vessel Steel Under High-Dose Neutron Irradiation
本研究对比了高剂量中子辐照下 PM-HIP 与锻造 SA508 压力容器钢的性能，发现 PM-HIP 虽硬化与脆化略高，但延展性相当且机制与成分相关，为其核规范认证提供了依据。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Measurement of swelling-induced residual stress in ion implanted SiC, and its effect on micromechanical properties
离子注入技术被广泛地用作中子辐照的替代物，用于研究材料的辐射损伤。由于损伤深度小，必须使用微机械方法来提取材料特性。在这项工作中，纳米压痕已被施加到离子辐照碳化硅提取辐射诱导硬化。使用HR-EBSD，AFM溶胀测量，和一种新的微悬臂梁松弛技术加上有限元建模的残余应力进行评估。几个GPa的大的压缩残余应力被发现在辐照的材料，这有助于在纳米压痕测量中观察到的显着硬化。这些残余应力和相关硬化的起源是约束辐射膨胀的未辐照衬底。与其它易受辐照膨胀影响的材料的比较表明，在研究离子辐照损伤对力学性能的影响时，这种影响不应被忽略。这种限制也可能影响基本的辐射缺陷。这对离子注入作为中子辐照替代物的适用性具有重要意义。这些结果表明膨胀引起的残余应力在核反应堆部件中的重要性，以及对反应堆部件的结构完整性的影响。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Irradiation effects in the Ni-17Mo-7Cr alloy bombarded with MeV Au ions
用3 MeV金离子在dpa数为1~ 30的不同注量下，系统地研究了熔盐堆结构材料Ni-17 Mo-7 Cr合金的辐照效应。GIXRD测量表明，随着dpa从1增加到30，辐照样品的微应变从0.14%增加到0.22%。同时，纳米压痕结果表明，Ni-17 Mo-7 Cr合金在dpa为30时经历了先硬化后软化的过程。发现Ni-17 Mo-7 Cr合金在30 dpa时的溶胀率约为1.3%，这意味着每dpa仅为0.04%。此外，拉曼光谱表明，在金离子辐照后，碳偏析。研究结果对理解镍基合金的辐照损伤，特别是对未来MSR核能系统中镍基合金的辐照损伤有重要意义。
2014-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Deformation Localisation in Ion-Irradiated FeCr
本文结合原子力显微镜与三维 X 射线 Laue 衍射研究 Fe 和 Fe10Cr 纳米压痕形变，发现离子辐照导致塑性高度局域化，而 Cr 含量对减轻辐照脆化作用有限。
2023-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Role of Ni, Si and P on the formation of solute-rich clusters under irradiation in Fe-Cr alloys
低纯度的Fe-Cr合金（F-M钢的模型合金）经辐照后，少量溶质元素如P、Ni和Si已被证明能产生溶质团簇，这些溶质团簇对硬化有显著贡献，并可能与小位错环有关。为了理解每种杂质对在辐照下形成的纳米特征的形成的作用以及不同物质之间的最终协同作用，将Fe-15 at.%对不同成分的Cr-X（X=Si，Ni，P，NiSiP）合金进行了离子辐照处理，并用原子探针层析成像技术进行了表征。在300 { \textdegree }C至2.5 dpa下对四种合金：Fe 15 CrNi、Fe 15 CrSi、Fe 15 CrP和Fe 15 CrNiSiP进行辐照。讨论了辐照过程中注入碳原子对纳米结构演化的影响。的辐射下形成的nanofeatures的剂量作为组合物的函数的演变的研究突出了P和C的纳米簇的形成上的作用，并确认辐射诱导的性质的溶质丰富的集群。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of Microstructural Evolution and Degradation in Aluminum under High-Damage Irradiation
University of Florida（佛罗里达大学）
研究铝合金在高损伤辐照下微观结构演化与降解机制，结合传统模拟与IKA方法，确定三个阶段，揭示缺陷转变及协同效应增加辐照硬化，为铝反应堆材料辐照降解提供见解。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Helium effects and bubbles formation in irradiated Ti3SiC2
Ti_3SiC_2是一种潜在的核反应堆结构材料。然而，这种材料中的He辐照效应还没有得到很好的理解，特别是在高温下。在这里，我们比较了室温（RT）和750 °C下He辐照对Ti3SiC2的影响。发现在750 °C下的辐照导致极其细长的He气泡，其集中在Ti3SiC2的纳米层压层中，而材料的整体晶体结构保持完整。相反，在室温下，层状结构被显着损坏和高度无序照射后。我们的研究表明，在高温下，Ti3SiC2的独特结构可以在纳米层压层中容纳大量的He原子，而不会影响材料的结构稳定性。结构和力学性能测试结果表明，在750 °C下辐照引起的膨胀和硬化比室温下的小得多。这些结果表明，Ti3SiC2具有优异的抗辐照引起的He杂质积累的能力，并且在高温下对辐照引起的力学性能退化具有相当大的耐受性。
2020-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Irradiation-induced strain localization and strain burst suppression investigated by microcompression and concurrent acoustic emission experiments
微试样的塑性形变的特征是位错雪崩引起的大的间歇性应变爆发。在这里，我们调查如何离子辐照影响这一现象在单滑移单晶塑性。为此，在SEM中进行了取向为基底滑移的Zn微柱的原位压缩。独特的实验装置还允许同时记录变形过程中从样品发出的声发射（AE）信号。结果表明，辐照引入了均匀分布的基底位错环，导致硬化的样品以及应变软化，由于在较大的应变位错沟道。使用所用的变形方案，发现应变破裂尺寸由于沟道而减小。同时记录的AE事件与应变爆发和他们的分析提供了更多的信息的细节集体位错动力学。结果发现，照射后AE事件的发生率显着下降，但其他统计特性没有改变。这是由于出现了一种新型的塑性事件为主的短程位错障碍物的相互作用，不能检测到的AE传感器。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Hardening and Strain Localisation in Helium-Ion-Implanted Tungsten
钨是未来聚变反应堆中面向等离子体的装甲部件的主要候选材料。在使用中，聚变中子辐照通过碰撞级联产生晶格缺陷。从等离子体注入的氦通过增加缺陷保留来消除损伤。两者都可以用氦离子注入来模拟。在最近对3000 appm氦注入钨（W-3000 He）的研究中，我们假设氦诱导的辐照硬化，然后在变形过程中软化。该假设是建立在观察到的硬度大幅增加，大量堆积和周围的纳米压痕和劳厄衍射测量的局部变形下的压痕形成滑步。在这里，我们测试这一假设，实现它在晶体塑性有限元（CPFE）制定，在W-3000 He在300 K的纳米压痕模拟。该模型认为热激活位错滑移通过氦缺陷障碍，其障碍强度是作为缺陷浓度和形态的函数。只有一个拟合参数用于模拟氦注入钨：缺陷去除率。模拟捕捉本地化的大堆积非常好，并预测有限的领域的晶格畸变和几何必要的位错下的凹痕同意定量与以前的劳厄测量。应变局部化通过高分辨率电子背散射衍射和透射电子显微镜测量从W-3000 He中的纳米压痕中心的横截面抬出进一步确认。
2019-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Flux effects in precipitation under irradiation - Simulation of Fe-Cr alloys
Fe-Cr合金中富Cr α'相的辐射强化析出是导致硬化和脆化的主要原因，它取决于辐照粒子和每原子位移（dpa）速率。在这里，我们利用Cahn-Hilliard相场为基础的方法，其中包括简单的模型的成核，辐照粒子和速率依赖的辐射增强扩散和级联混合模拟α'的演变中子，重离子和电子辐照。不同的辐射粒子表现出非常不同的级联混合效率。该模型使用中子数据进行了校准。对于在300 °C下10^-^8 dpa/s和10^-^6 dpa/s之间的级联诱导中子/重离子dpa速率，模型预测数密度近似恒定，半径减小，α' Cr成分减小，α'体积分数降低。然后，该模型预测，在大约10^-^5 dpa/s以上的速率下，α'的形成会发生剧烈的转变，而在dpa速率高达10^-^3 dpa/s时，电子辐照（混合较弱）几乎没有影响。这些模型的预测与实验结果是一致的。我们解释的辐射增强扩散，级联混合，和它们的比例，这一切都显着变化的中子和级联诱导离子辐照的相关通量范围内的通量依赖性方面的结果。这些结果表明，级联混合和辐射增强扩散时，必须考虑到试图模拟中子辐照效应，使用加速离子辐照。
2019-04-21 cond-mat.mtrl-sci
The structure and migration of heavily irradiated grain boundaries and dislocations in Ni in the athermal limit
利用CRA原子模拟研究FCC Ni中非热高剂量辐照下位错与晶界的稳态缺陷结构、演化及剪切力学响应，揭示硬化/软化与结构迁移规律。
2024-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Deformation Behaviour of Ion-Irradiated FeCr: A Nanoindentation Study
了解结构钢的塑性机制对于下一代聚变反应堆的运行至关重要。元素组成，特别是存在的Cr的量，和辐照可以对铁素体/马氏体钢的机械性能具有单独和协同作用。离子辐照FeCr合金的研究有助于从机理上理解钢的辐照损伤。之前对离子辐照FeCr的研究并未明确区分引发塑性的位错成核与随着塑性的发展它们在材料中的传播。在这项研究中，Fe 3 Cr，Fe 5 Cr，和Fe 10 Cr与20 MeV的Fe $^{3+}$离子在室温下照射到标称剂量为0.01 dpa和0.1 dpa。纳米压痕进行了与Berkovich和球形压头的提示，以研究位错的成核和随后的传播。辐照诱导缺陷的存在降低了位错形核的理论剪应力和势垒。Cr的存在进一步增强了这种效果，由于增加保留的辐照缺陷。然而，与来自预先存在的源（例如Frank-Read源和晶界）的位错成核相比，这种组合效应仍然很小。FeCr的屈服强度随辐照损伤和Cr含量的增加而增加，是位错活动性的一个指标。由于Cr的存在而增加的辐照缺陷的保留也进一步增加了屈服强度。辐照后还观察到加工硬化能力降低。Cr和辐照损伤的协同效应对FeCr中位错的传播比其形核更重要。
2021-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of Irradiation Damage in Fe3Cr and Fe5Cr: A Study on the Effects of Chromium Content and Temperature
University of Bristol（布里斯托大学）；UK Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；Ruđer Bošković Institute（鲁德·博什科维奇研究所）；Advanced Photon Source, Argonne National Lab（阿贡国家实验室先进光子源）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
本研究通过辐照实验和微观分析，揭示了铬含量和温度对Fe3Cr和Fe5Cr合金辐照损伤特性的影响，发现温度升高导致晶格应变和硬度先降后升，铬含量越高损伤越稳定。
2025-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling Strain-Rate Sensitivity and Deformation Length Scale Effects in Neutron-Irradiated Tungsten: A Coupled Nano-Indentation, HR-EBSD and Crystal Plasticity Study
Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Oxford（牛津大学）；UK Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）
研究中子辐照钨中应变速率敏感性和变形长度尺度效应的耦合，采用球形纳米压痕等方法及CPFE建模，校准并验证模型，发现应变速率和压痕深度分别控制不同方面，该框架可用于相关材料本构建模。
2026-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Radiation-induced softening of Fe and Fe-based alloys during in-situ electron irradiation under mechanical testing
在辐照下形成的缺陷作为额外的钉扎中心，导致众所周知的辐射诱导硬化效应。另一方面，有一个鲜为人知的，但公认的效果，即时和可逆的软化金属受到各种类型的照射。这种辐射软化效应在辐射效应理论和工程技术应用中都应予以考虑。本文对多晶工业纯铁（0.048%C）和工业铁素体钢的RIS进行了实验研究。比较了电子束对体心立方Fe和面心立方Al（99.5%）的塑性形变的影响。电子能量范围为0.5至0.8 MeV。的屈服应力和辐射诱导的断裂伸长率的减少的可逆下降测量作为电子电流和试样厚度的函数。率理论的RIS提出，它考虑到辐射诱导的运动离散呼吸子（DBs）的激发，最近被证明存在于bcc铁，和它们的相互作用与位错增强unpinning从结构缺陷。使用经典的MD模拟提供输入的修改后的速率理论，最终证明了一个合理的协议与实验数据的DBs的行为进行了研究。结果的相关性的压力容器钢的反应器中的行为进行了讨论。
2014-09-24 cond-mat.mtrl-sci
CuCrZr heat-sink irradiation performance reveals new challenges for thermonuclear fusion reactors
Université Lorraine（洛林大学）；Montanuniversität Leoben（莱奥本矿业大学）；UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Authority)（英国原子能管理局）；SCK CEN（比利时核研究中心）；Universidade de São Paulo Escola Politécnica（圣保罗大学理工学院）
研究热核聚变反应堆中CuCrZr热沉材料在中子轰击下的性能，结合多种方法发现其强化析出物在不同温度下有不同溶解机制，还有氦气泡等形成及合金化学组成改变，挑战其性能策略，凸显新铜基热沉合金需求。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
The effects of high-temperature ion-irradiation on early-stage grain boundaries serrations formation in Ni-based alloys
本研究通过离子辐照实验发现，镍基合金在辐照下发生硬化，且Hastelloy X效应更显著，结构差异影响辐射过程，多余能量降低高温相形核温度，促进晶界锯齿形成。
2025-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Dose and compositional dependence of irradiation-induced property change in FeCr
本文通过20 MeV Fe离子辐照Fe与FeCr合金，结合微束Laue衍射和纳米压痕，揭示了宽剂量范围内硬化、晶格应变及NRT效率的剂量与成分依赖性。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of Re precipitation in irradiated W-Re alloys from kinetic Monte Carlo simulations
高温，高剂量，中子照射W的结果在形成的稀土丰富的集群在浓度低于一个数量级的热力学溶解度极限。这些团簇可能最终转化为脆性的W-Re金属间相，这可能导致高水平的硬化和热导率损失。辐射增强扩散和沉淀的标准理论不能解释这些沉淀物的形成，因此了解非平衡簇在辐射下形成的机制对于预测材料降解和制定缓解策略至关重要。在这里，我们进行了W-Re合金的热力学研究和进行动力学蒙特卡罗模拟的Re团簇形成在辐照的W-2 Re合金使用的晶体中含有点缺陷的广义哈密顿参数完全与电子结构计算。我们的模型结合了最近获得的混合间隙溶质输运的机制信息，这被认为是控制形成准球形核后，在1800 K的平均孵育时间为20 s的簇成核和生长。这些核被认为是通过吸引更多的混合溶质原子，这反过来又吸引空位，导致重组和溶质团聚增长。团簇生长到大约4纳米半径的最大尺寸，并且不完全致密的Re，在中心附近含有50%或更少。我们的模拟与最近的原子探针检查离子辐照的W-2 Re系统在773 K的合理协议。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Modified deformation behaviour of self-ion irradiated tungsten: A combined nano-indentation, HR-EBSD and crystal plasticity study
预测辐照损伤引起的材料性质的急剧变化是未来核裂变和聚变反应堆设计的关键。自离子注入是一种模拟中子辐照效应的有吸引力的工具。然而，注入样品的损伤层只有几微米厚，使得难以估计宏观性能。在这里，我们使用实验和建模技术相结合来解决这一挑战。我们专注于自离子注入钨，融合装甲组件和原型bcc材料的领跑者。为了捕获剂量依赖性的性质的演变，我们实验性地将样品的损伤水平从0.01 dpa到1 dpa。颗粒的球形纳米压痕<001>显示硬度增加到0.032 dpa的剂量，超过该剂量它饱和。AFM测量显示堆积增加到相同的剂量，超过该剂量，可以看到大的堆积和滑动台阶。基于观察，我们开发了一个晶体塑性（CPFE）模型的辐照材料。它捕获辐照诱导硬化，然后通过辐照缺陷和滑移位错的相互作用的应变软化。辐照缺陷的剪切阻力来自于类似辐照样品的TEM观察。模拟了剂量为0.01，0.1，0.32和1dpa的原始钨和注入钨的纳米压痕。将两个模型参数与0.01 dpa样品的实验结果拟合，并对所有其他剂量保持不变。CPFE模型预测的峰值载荷、裂纹表面轮廓和损伤饱和度与实验观测结果非常吻合。预测的晶格畸变和位错分布在压痕周围同意从HR-EBSD相应的测量。最后，利用CPFE模型预测了类似辐照下钨块体材料的宏观应力-应变响应。
2020-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Outstanding Radiation Resistance of Tungsten-based High Entropy Alloys
研制了一种具有优异抗辐照性能的新型钨基耐火高熵合金。该合金生长为薄膜，显示出双峰晶粒尺寸分布在纳米晶和超细制度和独特的4 nm层状结构，揭示了原子探针层析成像（APT）。透射电子显微镜（TEM）和X-射线衍射显示了一个潜在的体心立方晶体结构，在高温下热退火后出现某些黑点。TEM和APT的基础上进行了深入的分析相关的黑点与第二相粒子富含Cr和V。原位和非原位照射后，这些沉淀物演变为准球形粒子，即使在8 dpa在室温或1073 K的辐射产生的位错环没有迹象。此外，纳米力学测试显示，在沉积样品中的14 GPa的大硬度，在热退火和几乎可以忽略的辐射硬化后略有增加。理论建模的基础上从头算方法结合蒙特卡罗技术预测的Cr和V丰富的第二相粒子和点的形成在相同的迁移率的点缺陷的起源异常的辐射耐受性。这些合金适合批量生产，加上出色的辐射和机械性能，使它们成为需要极端条件的应用的理想结构材料。
2018-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Solute-point defect interactions, coupled diffusion, and radiation induced segregation in fcc nickel
辐照诱导的溶质偏析（RIS）暴露于辐照的材料是一个众所周知的问题。它通过促进辐射引起的退化现象，如硬化和脆化，影响核反应堆堆芯部件的寿命。本文研究了面心立方Ni-X（X = Cr，Fe，Ti，Mn，Si，P）稀二元合金的RIS倾向。我们的目标是调查的驱动力和动力学机制背后的实验观察到的偏析。通过从头计算，点缺陷的稳定性和与溶质的相互作用，连同迁移能量和尝试频率确定。然后在平均场框架下计算了输运和扩散系数，以获得合金中溶质-缺陷动力学耦合的全貌。结果表明，所有考虑的溶质，除铬，更喜欢空位介导的热和辐射诱导的迁移过程中的扩散。Cr，另一方面，优先迁移的混合哑铃配置。P和Si在这里被示出为富集，并且Fe和Mn在材料的照射期间在汇处被耗尽。另一方面，Ti和Cr显示在较低温度下富集和在较高温度范围内贫化之间的交叉。在这项工作中的结果进行了比较与以前的研究体心立方（bcc）铁，并讨论了在奥氏体合金的RIS的上下文中。
2020-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
