第十四届全国表面工程大会

289 / 2022-09-28 10:31:24

具有“纳米空洞”结构的钨基高熵合金/Al2O3多层薄膜制备及抗辐照行为研究

纳米空洞结构；纳米多层膜；高熵合金；抗辐照行为

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摘要：

多层抗辐照材料能够有效解决空间辐射防护问题，逐渐成为各国军事和民用领域的研究热点。目前，结构的纳米化已成为抗辐照涂层材料的发展趋势。高熵合金具有高硬度/强度、高抗疲劳、耐高温氧化、耐腐蚀、抗辐照等特性，在设计先进材料的新策略上引起了极大的关注。将Al₂O₃膜和高熵合金调控成纳米结构，通过构建纳米空洞结构、调节高熵合金相结构和纳米多层膜结构，为设计非金属/金属多层膜抗辐照材料提供了新的策略和方向。

在本研究中，我们设计了一种具有“纳米空洞”结构的体心立方高熵合金/Al₂O₃多层薄膜，通过调控等离子溅射制备工艺参数获得了具有稳定的高密度“纳米空洞”结构的体心立方钨基高熵合金/Al₂O₃多层薄膜，表征了其成分和微观组织结构，研究了该薄膜在氦离子辐照环境下的性能表现。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、小角度掠射X衍射和纳米压痕仪对辐照前后氦泡的演变和浓度、深度进行了深入分析。氦离子辐照实验过后，氦泡被严格限制在高熵合金/Al₂O₃多层薄膜提前预置的纳米空洞结构内，且其聚集长大受到限制。高熵合金/Al₂O₃多层薄膜辐照硬度增加量(ΔH=0.5Gpa)显著小于单层Al₂O₃薄膜材料辐照后硬度增加量(ΔH=0.9Gpa)。SRIM软件模拟仿真表明，相同辐照条件下，该结构薄膜的移位损伤最大为0.08dpa，而同等厚度的Al₂O₃薄膜移位损伤高达0.1dpa，且高熵合金/Al₂O₃多层薄膜氦的注入深度和浓度均小于同等厚度Al₂O₃薄膜。研究结果表明，具有“纳米空洞”结构的体心立方钨基高熵合金/Al₂O₃多层薄膜具有优异的抗辐照稳定性。

关键词：纳米空洞结构；纳米多层膜；高熵合金；抗辐照行为

*通讯作者简介：魏东博(1982—)，男，材料加工工程博士，副教授，主要研究方向苛刻环境防护材料及技术。联系方式：南京市江宁区将军大道10号南京航空航天大学材料科学与技术学院，邮编211106，电子邮箱weidongbo@nuaa.edu.cn。