核反应产生的大量高能粒子对反应堆结构材料造成严重的辐照损伤，导致材料的机械和物理性能退化。高能粒子（包括质子、中子、轻/重离子等）辐照在材料中引入大量空位和间隙，这些点缺陷进一步聚集并演化为位错环、堆垛层错四面体（SFTs）、气泡和空隙。辐照缺陷的积累导致硬化、脆化和导热系数降低，从而加速材料性能的退化。界面工程旨在在材料中引入高密度界面，可以有效提高材料的耐辐射能力。降低辐照损伤的关键是提高点缺陷的复合/湮灭率。材料内部的界面可以捕获辐照产生的点缺陷，并加速空位与间隙的复合，从而在很大程度上抑制辐照缺陷的积累。第二相粒子可以强化材料，同时引入高密度的共格、半共格或非共格界面，因此一些沉淀硬化材料表现出优异的耐辐照性，这与沉淀物的取向关系和相稳定性有关。

来自西安交通大学的学者采用透射电子显微镜和氦离子辐照来研究辐射诱导的点缺陷与 CuCrZr 和 Cu1Fe 合金中的非相干/半相干析出物之间的相互作用。薄箔和体注入都用于探索辐射缺陷与界面的相互作用。在相似水平的辐射损伤后，在植入的 CuCrZr 和 Cu-1Fe 合金中，辐射缺陷显示出强烈的界面特性依赖性。大尺寸空隙出现在非共格 Cr 析出物周围，而 Cu-1Fe 合金中析出物周围没有形成可见的空腔。有趣的是，三种类型的半共格Fe沉淀物表现出不同的辐照损伤缓解机制，例如双边界迁移、短程元素再分布和沉淀物异常生长，这是由辐射缺陷介导的位错滑移、元素扩散和质量传输引起的。非相干材料的高吸收效率会沉淀陷阱空位并导致亚微米级空隙的产生。相比之下，半共格析出物可以调节点缺陷的运动，有效提高空位和间隙的复合率。相关文章以“Interaction of irradiation defects with precipitates in CuCrZr and Cu-1Fe alloys”标题发表在Acta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118964

图 1. 在 400 ℃ 下使用 200 keV 的 He 离子能量以1 × 10¹⁷ ions/cm² 的通量在薄箔和大块样品中注入He 的示意图。(a) 辐照薄箔中的 He 浓度（黑线）和损伤分布（红线）。(b) 受辐照散装样品中的 He 浓度（黑线）和损伤分布（红线）。

图 2. 时效和辐照后的 CuCrZr 合金的微观结构。(a) BCC Cr 沉淀物在时效 CuCrZr 中的亮场 TEM 图像和SADP。(b) 和 (c) 在 [110] 光束方向附近拍摄的 TEM 图像。(d) 微米级 Cr 沉淀物附近的典型TEM 图像。(e) 和 (d) 是对应于 (d) 中白色矩形的放大图像。

图 3. He 注入深度为 (a) D = 200 nm，(b) D = 400 nm，(c) D = 600 nm，(d) D = 800 nm，(e) D = 1000 nm，(f) D = 1500 nm，(g) D = 2000 nm，(h) D = 3500 nm 和 (i) D = 5000 nm。

图 4. 固溶处理的 Cu-1Fe 合金 (a) 和薄箔辐照后 (b) 和 (c) 的微观结构。(b) 具有豆对比的沉淀物均匀分布在 Cu 中。(c) 具有近 (533)_Cu 小平面的 K-S OR 形成的板条状 Fe 沉淀物。

图 5. Cu-1Fe 合金在薄箔上进行 He 辐照之前（a 到 d）和之后（e 到 h）的微观结构。(a) 至 (h) 是经过老化和辐照的薄箔 Cu-1Fe 合金中四种 Fe 沉淀物的明场 TEM 图像和SADP。(e) 至 (h) 显示了 He 照射后 SFT 的分布和薄箔中沉淀物的变化。(f) 孪晶在照射后用 Pitsch OR 在沉淀物中消失。(g) 晕环是在一些具有 N-W OR 的沉淀物周围形成的。(h) 具有 K-S OR 的沉淀物保持稳定，但其中一些沉淀物在小平面上长大。

图 6. 薄箔 He 辐照后 Cu-1Fe 中析出物的显微结构。(a) STEM 图像显示带有光晕的沉淀物。(b) (a) 中沉淀物的 EDS 图。(c) 和 (e) 是具有 N-W OR 和 K-S OR 的沉淀物。(d) 是 (c) 中沉淀物的草图，叠加了其 [011]Cu/[001]Fe 衍射图。(f) 是 (e) 中沉淀物的草图及其 [011]Cu/[111]Fe 衍射图。

图 7. 薄箔辐照和整体注入后，时效样品中四种析出物的数密度和直径分布。立方体上的立方体沉淀物或大量植入样品中的沉淀物由于对比度差而未计算在内。

图 8. 在深度为 D = 400 nm、D = 600 nm 和 D = 800 nm 的 He 注入后，Cu-1Fe 合金中的辐射缺陷。显示 Fe 沉淀物与 He 气泡相互作用的图像。

图 9. 在深度为 D = 1500 nm 和 D = 2000 nm 的 He 注入后，Cu-1Fe 合金中的辐射缺陷。所有图像都是在 2 μm 的焦点下拍摄的

图 10. 辐照CuCrZr合金（a）薄箔辐照和（b）体注入中辐射诱导缺陷分布示意图。

图 11. Cu-1Fe 合金中析出物和辐照缺陷的特征示意图。(a) 时效 Cu-1Fe 合金中的四种沉淀物。(b) 薄箔辐照后经辐照的 Cu-1Fe 合金中辐射缺陷的分布。(c) 大量注入后受辐照的 Cu-1Fe 合金中辐射缺陷的分布。

图 12. 薄箔辐照下点缺陷与 Cu/Cr 和 Cu/Fe 界面的相互作用示意图。(a) Cu 空位偏析到 Cu/Cr 界面。(b) 铁间隙从立方体上的立方体 OR 中迁移出铁沉淀物。(c) 辐射诱导的点缺陷与 Fe 沉淀物中的 TBs 与 Pitsch OR 的相互作用导致去孪晶。(d) Fe 间隙扩散到与 N-W OR 沉淀物的相邻区域并形成晕圈。(e) Fe 间隙与沉淀物附近的空位与 K-S OR 复合导致沉淀物粗化。

本研究系统地研究了在薄箔辐照和 He 体注入条件下辐照诱导的点缺陷与 CuCrZr 和 Cu1Fe 合金中的沉淀物之间的相互作用。主要发现是：Cr 析出物附近的空隙和 He 气泡的分布表明非共格析出物是强下沉的，并在 CuCrZr 中吸引大量空位。FCC结构Fe沉淀物在辐照后没有明显变化，这意味着由于 Cu-1Fe 中的小晶格失配，共格沉淀物界面具有低吸收效率。不同类型的半共格Fe沉淀物在Cu-1Fe薄箔辐照下以TBs迁移、元素扩散和沉淀物异常生长的形式表现出辐照损伤。共格、半共格和非共格Fe析出物表现出不同的吸收效率，半共格BCC Fe析出物可以有效协调点缺陷的运动和复合，从而在五种析出物中具有更好的辐射耐受性铜合金。