Cu-缺陷复合结构的正电子湮没机理研究

摘要

反应堆压力容器钢（Reactor PressureVessels，RPVS）中掺入少量的Cu元素可提高材料的延展性和抗辐照能力，但在强中子辐照条件下，材料内部容易发生原子移位，导致产生大量的微观缺陷（空位、位错以及空位团），这些微观缺陷的演变及迁移会使Cu元素偏析，并对材料的机械性能产生影响，甚至导致材料脆化，对材料造成严重的损害。同时核反应产生的氢、氦也会造成材料辐照损伤，因此研究材料中Cu的析出机制以及氢损伤的机理显得非常重要。　　本文以Fe-Cu合金作为研究对象。主要通过淬火、时效以及冷轧形变退火的方法使Cu析出，利用Cu团簇对正电子低温捕获效应，获得Cu原子团簇作为正电子浅捕获态的温度特性，然后采用电化学充氢的方式引入氢，并应用正电子湮没谱学方法深入地研究低温下Cu析出物浅捕获规律以及氢致缺陷的形成过程。主要研究过程及成果如下：　　（1）对形变退火、淬火以及高温退火的Fe-Cu合金进行充氢处理，通过正电子湮没谱学技术对氢致缺陷的形成机制以及缺陷类型进行研究。结果表明，淬火样品充氢后会产生少量的空位团，而形变退火样品以及高温退火样品充氢后会产生少量的位错，说明充氢过程中，氢与空位相互作用成为聚集空位的核心而形成空位团。　　（2）对 Fe-Cu 合金进行淬火及淬火时效处理，通过正电子湮没谱学技术研究Fe-Cu合金中Cu-空位复合体对正电子的捕获效应。结果表明，高温淬火后，合金中形成少量的空位缺陷以及Cu-空位复合体。室温测量时，正电子湮没长寿命为180 ps，随着测量温度降低，正电子湮没长寿命逐渐下降，当温度为10 K时，正电子湮没长寿命τ2为135 Ps。说明Cu-空位复合体缺陷在低温下很容易捕获正电子，温度越低， Cu-空位复合体捕获正电子的能力越强。而高温淬火时效后，合金中会有细小 Cu 析出物形成。随测量温度减小，S参数（能量范围在510.24-511.76 keV内的湮没计数与总的峰值（501.00-521.00 keV）湮没计数之间的比值）逐渐减小，W参数（能量范围在513.6-516.9 keV和505.10-508.40 keV内的湮没计数与总的峰值（501.00-521.00 keV）湮没计数之间的比值）逐渐增大，说明低温下 Cu 析出物对正电子的捕获作用增强，导致正电子更多的与Cu的电子湮没而与低动量电子湮没减少。　　（3）对Fe-Cu合金进行形变退火处理，通过正电子湮没谱学技术研究合金中位错与Cu析出物对正电子的捕获效应。结果表明，随测量温度降低，S参数变大，W参数减小，当温度低于 120K 时，测量结果更明显，说明位错是正电子的浅捕获态，且位错对正电子的捕获能力强于Cu析出物。随温度降低，位错对正电子的捕获能力越强。

目录

声明

第1章 引 言

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及特点

第2章 实验方法与实验样品处理

2.1正电子及正电子湮没谱学发展

2.2 正电子与物质的相互作用

2.3正电子捕获模型

2.4正电子湮没测量技术

2.5 低温测量装置

2.6 样品处理方法

第3章正电子湮没谱学研究Fe-1.0%Cu合金的氢致缺陷

3.1样品处理与实验过程

3.2 实验结果及讨论

3.3 本章小结

第4章 Fe-Cu合金中淬火时效后Cu析出物与Cu-空位复合体的低温研究

4.1 Fe-Cu合金淬火处理后微观缺陷的研究

4.2 Fe-Cu合金淬火时效后Cu析出物的研究

4.3 本章小结

第5章 Fe-Cu合金形变退火后Cu析出物与位错的低温研究

5.1 样品处理与实验过程

5.2 实验结果及讨论

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献