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我实验室在国内率先开展ODS钢的原位磁场中子小角散射实验

作者: 来源: 访问: 时间:2016-7-22

  516日至19日,我实验室的中子小角散射谱仪(狻猊)开展了ODS钢的原位磁场中子小角散射实验,利用两个白昼和三个通宵的时间,完成了中物院材料研究所不同处理工艺的4个样品和核物理与化学研究所不同时效的6个样品的测试。

   

  原位磁场中子小角散射实验照片

  这是国内首次利用中子小角散射谱仪开展的原位磁场测试工作。尽管实验过程中遇到了各种各样的困难和麻烦,但通过几位职工的轮流加班和值守,最终完成了测试工作,达到了预期效果。

  根据对ODS钢内析出相粒子尺寸的评估,采用两个Q布局,样品-探测器距离分别为1.9m6m,覆盖Q范围为0.08 nm-12 nm-1。选择的磁感应强度为1.5T,磁场方向水平且与入射中子和样品法向垂直。通过对10多个ODS钢样品、标样及本底测试,均得到了有效数据。

   

  ODS钢在没有外加磁场时的中子小角散射数据(B=0 T

   

  1.9m样品-探测器距离

   

  6m样品-探测器距离

  ODS钢的原位磁场中子小角散射数据(B=1.5 T

  实验数据如上图所示。外加磁场为零时,散射信号是各向同性的,此时信号为磁散射和核散射的叠加,无法区分二者的贡献;外加磁场B=1.5 T时,样品磁化达到饱和,散射信号具有明显的各向异性特征,通过处理垂直和平行于磁场方向的散射信号,可以得到有效的磁散射信号,进而用于模型拟合分析Y-Ti-O析出相的尺寸分布、体积含量等结构信息,如下图所示。使用球形粒子对数正态分布模型拟合得到某一个样品析出相的平均半径为2.3 nm

   

  【背景介绍】

  纳米结构氧化物弥散强化钢Oxide Dispersion Strengthened SteelsODS Steels)具有优异的抗辐照抗氦脆性能和良好的高温强度,被认为是未来示范和商业聚变堆包层和快堆燃料包壳的重要候选结构材料。ODS钢种弥散颗粒的形成机制还未达成一致,但是主流观点是溶入析出机制,即在机械合金化过程中添加的氧化物颗粒和合金元素会溶入到基体中,在随后的热致密化过程中析出富YTiO的纳米颗粒。这些颗粒的尺寸分布、数量以及与基体的关系对ODS钢的性能有显著影响。结合原位磁场(使样品达到饱和)测试,中子小角散射技术可以有效区分磁散射和核散射信号,并获得重要的析出相结构信息。相比其它技术,应用原位磁场中子小角散射技术研究ODS钢的优点是:(1)样品制备简单,不需要特殊的减薄和表面处理;(2)对样品没有任何破坏,属于无损测试;(3)统计性好,能反映体材料的结构信息;(4)分辨率高,能探测的最小析出相尺寸约1 nm

  

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文章录入:余泳 责任编辑:余泳
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