【摘要】 对于高能重离子辐照，损伤区域厚度为24μm，便于用维氏压头进行显微硬度测试以研究硬化效果。

Xuxiao Han[1]等人研究了两种 FeCrAl ODS合金在标称 200 °C 下经高能重离子辐照至约 0.8 dpa 的硬化情况。样品中离子辐照产生的厚度为 24 μm 的损伤层使得微米和纳米硬度测试成为可能。利用Nix-Gao模型从损伤平台的硬度数据中消除压痕尺寸效应(ISE)，从而获得等效的体积硬度值。硬度测试结果表明，添加 0.8 wt% Hf 的 FeCrAl ODS 合金比添加 0.6 wt% Zr 的 FeCrAl ODS 合金表现出更好的抗辐照硬化性能。

 

对于高能重离子辐照，损伤区域厚度为24μm，便于用维氏压头进行显微硬度测试以研究硬化效果。在本工作中，使用维氏硬度计（Falcon 600，Innovatest Corp）来测试辐照硬化。测试前对标准材料进行校准。七个载荷连续施加在样品上，对应于 1.5 至 8 μm 的压痕深度。对于每个负载，完成六次缩进。为了保证每个压痕的硬度结果不受其他压痕的影响，每两个压痕的平均距离大于压痕直径的三倍。

 

使用纳米压头G200获取所有样品的硬度深度数据。使用连续刚度测量方法，将直径为 20 μm 的金刚石 Berkovich 型压痕尖端从表面施加到最大深度 2 μm。在测试之前，在具有相同测试条件的熔融石英参考材料上校准尖端几何形状。对每个样品进行10个间距大于100μm的压痕，以获得平均值。

 

两个辐照样品的双线性转折点均出现在第四载荷（0.1 kgf）处，并且分别对应于P1和P2的压痕深度3.48μm和3.37μm。如果采用压头尖端下的变形区域与压痕深度之间的七倍关系，则由转折点估计的变形区域与SRIM估计的辐照损伤层的厚度非常吻合。

 

为了获得辐照层的硬度，使用前四个载荷（0.02、0.025、0.05、0.1 kgf）通过Nix-Gao模型进行线性拟合。结果表明，辐照后P2的硬度增量低于P1，而辐照前P2比P1更硬。未辐照和辐照样品的测量纳米硬度数据与压痕深度的关系。每条带有标准偏差的曲线都是 10 次缩进的平均结果。为了消除反压头尺寸效应（IISE），忽略了浅于 100 nm 的纳米硬度数据。

 

压痕尺寸效应（ISE）在纳米硬度测试中也很明显。辐照样品的纳米硬度高于未辐照样品，表明两种合金都发生了辐照硬化。两个未辐照样品的曲线在整个范围内与压痕深度的倒数遵循良好的线性关系，纳米硬度测试对浅层区域的情况具有更高的灵敏度。

 

[1] Han X , Zhang C , Yang Y ,et al.Hardening of high-energy self-ion irradiated FeCrAl ODS alloys evaluated by micro- and nano-hardness tests[J].International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2021, 194:104522.