高能电子辐照下 FeCoCrNiAl 0.3 高熵合金的 缺陷演变原位研究及缺陷迁移能计算 * 刁斯喆 1)2) 张一帆 3) 赵芳茜 1) Seung Jo Yoo 4) Somei Ohnuki 1) 万发荣 1) 张勇 5) 詹倩 1)2)† 1) (北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083) 2) (北京科技大学, 核电安全技术与装备全国重点实验室, 北京 100083) 3) (合肥工业大学材料科学与工程学院, 合肥 230009) 4) (Center for Research Equipment, Korea Basic Science Institute, Daejeon 34133, Korea) 5) (北京科技大学, 新金属材料国家重点实验室, 北京 100083) (2024 年 10 月 22 日收到; 2025 年 1 月 10 日收到修改稿) 高熵合金中的缓慢扩散效应与严重的晶格畸变效应理论上会阻碍辐照诱导的点缺陷的移动, 从而抑制 尺寸较大的缺陷团簇的形成, 这使得该类合金在核材料领域中受到越来越多的关注. 本文以 FeCoCrNiAl 0.3 高熵合金为研究对象, 利用 1.25 MV 的超高压电子显微镜, 对高能电子辐照过程中的缺陷与析出相随辐照温 度和时间的形成与演化行为进行原位观察及系统性研究. 根据 3 种高温辐照温度下的饱和缺陷密度与缺陷生 长率的统计数据, 获得 FeCoCrNiAl 0.3 高熵合金的间隙原子迁移能与空位迁移能两个本征参数, 讨论该合金 较高的缺陷迁移能与合金中各元素的离位阈能以及原子尺寸错配的关系. 同时, 系统表征了 723 K 高能电子 辐照下位错环的形态与分布规律, 发现全位错环与不全位错环可同时产生, 且两者在生长过程中不存在系统 性的差异. 关键词：FeCoCrNiAl 0.3 高熵合金, 高能电子辐照, 缺陷迁移能, 辐照诱导缺陷与析出 PACS ：61.82.–d, 61.72.J–, 61.80.Fe, 61.80.–x DOI: 10.7498/aps.74.20241481 CSTR：32037.14.aps.74.20241481 1 引 言 高熵合金是由 5 种或 5 种以上主元素以接近 等物质的量比组成的复杂合金体系 [1] . 该体系的出 现颠覆了传统金属合金通常由一种或两种主要元 素和少量的合金元素组成的传统思维. 通过引入多 种元素并实现随机分布, 高熵合金为开创全新的合 金体系和调控材料性能提供了全新的途径. 该类型 合金相比较于传统金属合金具有明显的 4 个特点, 即热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效 应、结构上的晶格畸变效应以及性能上的“鸡尾酒” 效应 [2] . 其中, 严重的晶格畸变效应和缓慢扩散效 应理论上可以阻碍辐照诱导的点缺陷 (间隙原子与 空位) 的移动, 阻碍尺寸较大的缺陷团簇的形成, 这使得这种合金在核电站用材料领域具有潜在的 应用前景进而受到广泛的关注 [3–5] . FeCoCrNiAl 0.3 高熵合金, 是一种典型 fcc 结构 的单相固溶体 [6] , 具有良好的延伸率 [7] 、显著的 抗剪切性能 [8] 、较高的拉伸屈服强度 [9] 等优异的 * 国家磁约束聚变能发展研究专项 (批准号: 2019YFE03130002) 和国家自然科学基金 (批准号: 11775018) 资助的课题. † 通信作者. E-mail: qzhan@mater.ustb.edu.cn © 2025 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 74, No. 7 (2025) 076103 076103-1