低热中子吸收截面Al20Mo20Nb20V20Zr20高熵合金涂层的制备及表征

摘要

单一相结构的高熵合金涂层具有优异的物化与力学性能,是涉核环境的结构与功能部件尤其是包壳防护涂层的重要候选材料.通过多元素选择或多组分调节下高熵合金性能的可设计性特点,是影响其良好中子经济性以及良好力学性能的重要因素.本文以低热中子吸收截面的多元素选择为切入点,提出将Al、Mo、Nb、V以及Zr五种低热中子吸收截面、高熔点元素,以等摩尔比组成一种单一BCC结构、低热中子吸收截面的高熵合金涂层,并对比研究了Zr-4和Al20Mo20Nb20V20Zr20高熵合金涂层力学性能.采用多靶磁控溅射工艺,通过单靶独立功率调控,在Zr-4和Si基底上制备等摩尔比Al20Mo20Nb20V20Zr20高熵合金涂层.该等摩尔比Al20Mo20Nb20V20Zr20高熵合金涂层具有单一BCC结构,呈柱状晶结构.该高熵合金涂层与Zr-4基底有良好的结合性能,同时其纳米硬度明显高于Zr-4合金,达到2.1倍.Al20Mo20Nb20V20Zr20高熵合金涂层具有的优异力学性能源自于其晶体结构严重畸变引起的迟滞扩散效应.