一种利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法技术

本发明专利技术涉及材料抗辐照损伤技术领域，具体为一种利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法，包括如下步骤：S1、制备成分梯度材料的样品；S2、对成分梯度材料的样品表面进行辐照实验；S3、对辐照后的样品，在不同化学成分的区域，利用纳米压痕仪对样品进行力学性能测试，利用透射电镜和原子力显微镜对样品进行微观组织结构表征，以及利用振动样品磁强计对样品进行磁学测量分析。本发明专利技术的实施方式提供的利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法采用激光熔覆法在同一块样品上获得了不同化学成分的微观组织，之后再进行辐照实验，从而可以探究辐照对不同化学成分的核电反应堆合金的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
一种利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法


[0001]本专利技术涉及材料抗辐照损伤
，特别涉及一种利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法。

技术介绍

[0002]先进核能被认为是解决人类未来能源需求的终极方案，未来相当长时间内我国将大力发展核电。随着核电站的快速发展，对于核电材料的研究是必不可少的。反应堆材料是在高温、高压流体冲刷和腐蚀，以及强烈的中子辐照等恶劣条件下运行的，因此反应堆材料要求在中高温度下具有优良的力学性能(强度、塑性、冲击韧性、断裂韧性等)、良好的耐蚀性和抗辐照的性能。目前反应堆材料的辐照损伤问题仍然难以解决，开发具有优异抗高剂量辐照性能的先进金属结构材料成为制约未来核能发展的重大挑战之一。而梯度材料能够极大地缩短多组分金属材料的设计、制备、表征到应用的进程，降低材料研发成本，加速新材料的开发，因此受到了国内外的广泛关注。
[0003]目前制备梯度材料的方法主要有粉末冶金法、等离子喷涂法、气相沉积法以及激光熔敷法等方法。其中激光熔敷法制备梯度材料只需要将不同的粉末原料按照设计成分比例进行混合，并按梯度逐层填入模具或熔敷到基板上，这种方法沉积速率高，制备效果好，广泛应用于制备梯度材料。
[0004]合金元素含量是影响材料辐照损伤的重要影响元素，合金元素含量不同显著影响材料的韧性和中子辐照脆化的敏感性，因此需要对其进行研究。目前对于辐照损伤的研究主要是通过将材料在铁离子的辐照下达到核反应堆80年辐照剂量从而模拟长时间辐照，探究材料抗辐照损伤性能。由于离子辐照异常昂贵，单独辐照一种核电材料只能探究一种材料的抗辐照损伤性能，实验效率低且耗费财力。因此，目前需开发一种材料制备方法，在一块辐照样品上存在成分梯度，即辐照一块样品可以探究多种成分材料的抗辐照损伤性能，从而加快筛选核反应堆压力容器合金耐辐照损伤材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法，有效减少辐照实验次数，节省了辐照实验的花费的经费和时间，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法，包括如下步骤：
[0008]S1、制备成分梯度材料的样品；
[0009]S2、对成分梯度材料的样品表面进行辐照实验；
[0010]S3、对辐照后的样品，在不同化学成分的区域，利用纳米压痕仪对样品进行力学性能测试，利用透射电镜和原子力显微镜对样品进行微观组织结构表征，以及利用振动样品磁强计对样品进行磁学测量分析。
[0011]优选地，所述S1中制备成分梯度材料的样品的方法为激光熔覆法。
[0012]优选地，所述S1包括如下步骤：
[0013]S1
‑
1、基体采用板状样品，在所述基体的表面进行包括砂纸打磨、酒精清洗、丙酮去污和干燥各过程的表面处理，形成激光熔覆处理面；
[0014]S1
‑
2、确定不同化学成分材料，选用预合金化的合金粉末作为粉末原料；
[0015]S1
‑
3、将所述基体固定在激光熔覆设备工作台上，将不同成分熔覆材料固定在所述激光熔覆处理面并进行激光熔覆，在样品表面上依次形成成分Ⅰ区、成分Ⅱ区和成分Ⅲ区；
[0016]S1
‑
4、将S1
‑
3中完成激光熔覆的样品取出并切割，平行于所述激光熔覆处理面进行切割。
[0017]优选地，S1
‑
3中所述将不同成分熔覆材料固定在所述激光熔覆处理面并进行激光熔覆包括：
[0018]选择激光扫描速度为200mm/min，激光输出功率250W，进行激光熔覆，直至熔覆层厚度不小于300μm，完成成分梯度材料的制备。
[0019]优选地，S1
‑
4中所述将S1
‑
3中完成激光熔覆的样品取出并切割包括：
[0020]切割后的样品的长和宽小于18mm*18mm，厚度不超过2mm。
[0021]优选地，对切割后的样品的表面进行抛光，保证表面没有划痕和应力。
[0022]优选地，所述S3中包括：
[0023]S3
‑
1、纳米压痕测试：将样品放入纳米压痕仪后，在光镜下选取符合要求的区域做上记号，每个样品取8个点，同时保证相邻的两点间的直线距离大于压入深度的20倍，选好点后，关上仪器，压头运动到纳米压痕测试标记区域进行测试，测试过程中，压头在纳米压痕测试标记区域向样品内运动2000nm，运行速度为10nm/s，达到2000nm后，会缓慢卸载，压头慢慢的再收出表面，每隔一段时间，系统记录一次下压深度与硬度的值，最后组成深度随硬度变化的曲线。
[0024]优选地，所述S3中还包括：
[0025]S3
‑
2、透射电镜样品分析：使得样品台倾转54
°
，在感兴趣的区域镀上保护性的Pt，然后分别在52
°
和56
°
进行挖槽，挖到足够深度后，样品台倾转到15
°
进行打断操做，使得样品底部从块体上分离；然后用纳米手将样品左侧粘上，之后再从右侧切断，使得感兴趣区域从样品上彻底分离，然后取出并转移到专用样品台上，再进行减薄操作，直至样品厚度达到100nm以下，完成透射电镜样品制备，制备之后进行透射电镜分析。
[0026]优选地，所述S3中还包括：
[0027]S3
‑
3、原子力显微镜样品分析：在感兴趣的区域切取长宽高均小于10mm的原子力显微镜样品，使用丙酮清洗样品表面，固定在原子力显微镜样品台，使用轻敲模式进行测试。
[0028]优选地，所述S3中还包括：
[0029]S3
‑
4、振动样品磁强计测试：在感兴趣的区域切取长和宽小于3mm*2mm，厚度小于1mm的磁强计测试样品，将磁强计测试样品置于振动样品磁强计进行磁学测量分析。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术的实施方式提供的利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法利用激光熔覆法在同一块样品上获得了不同化学成分的微观组织，之后再进行辐照实验，从而可以探
究辐照对不同化学成分的核电反应堆合金的影响。此方法可以有效减少辐照实验次数，节省了辐照实验的花费的经费和时间，从而提高评价材料抗辐照性能的测试效率，更好、更有效的筛选出耐辐照损伤的材料。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的实施方式提供的利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法的成分梯度材料以及制备样品的示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用成分梯度筛选耐辐照损伤材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备成分梯度材料的样品；S2、对成分梯度材料的样品表面进行辐照实验；S3、对辐照后的样品，在不同化学成分的区域，利用纳米压痕仪对样品进行力学性能测试，利用透射电镜和原子力显微镜对样品进行微观组织结构表征，以及利用振动样品磁强计对样品进行磁学测量分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中制备成分梯度材料的样品的方法为激光熔覆法。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S1包括如下步骤：S1
‑
1、基体采用板状样品，在所述基体的表面进行包括砂纸打磨、酒精清洗、丙酮去污和干燥各过程的表面处理，形成激光熔覆处理面(5)；S1
‑
2、确定不同化学成分材料，选用预合金化的合金粉末作为粉末原料；S1
‑
3、将所述基体固定在激光熔覆设备工作台上，将不同成分熔覆材料固定在所述激光熔覆处理面(5)并进行激光熔覆，在样品表面上依次形成成分Ⅰ区、成分Ⅱ区和成分Ⅲ区；S1
‑
4、将S1
‑
3中完成激光熔覆的样品取出并切割，平行于所述激光熔覆处理面(5)进行切割。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S1
‑
3中所述将不同成分熔覆材料固定在所述激光熔覆处理面(5)并进行激光熔覆包括：选择激光扫描速度为200mm/min，激光输出功率250W，进行激光熔覆，直至熔覆层厚度不小于300μm，完成成分梯度材料的制备。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S1
‑
4中所述将S1
‑
3中完成激光熔覆的样品取出并切割包括：切割后的样品的长和宽小于18mm*18mm，厚度不超过2mm。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对切割后的样品的表面进行抛光，保证表面没有划痕和应力。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：沙刚，刘键恒，靳慎豹，孔洋，邓天虞，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：