纳米晶界与界面失效对Al2O3/Fe-Al梯度涂层中He行为的双重调控机制研究

本研究通过50 keV He离子辐照实验，揭示了纳米晶Al2O3/Fe-Al梯度涂层中晶界对He气泡演化的双重调控机制：既作为点缺陷（point defects）的有效汇抑制晶内气泡生长，又通过连通晶界网络促进He释放。研究发现高温下Al2O3/Fe-Al界面处He气泡的失控生长是涂层失效主因，为设计抗辐照（radiation-tolerant）纳米结构涂层提供了重要依据。

　　

Highlight

纳米晶界对He气泡演化的双重调控

在He离子注入后，纳米晶Al₂O₃层内形成两种典型He气泡结构：晶内孤立的纳米级球形气泡和沿晶界分布的链状气泡。随着注量(fluence)增加，两类气泡的密度和尺寸均呈现增长趋势（图8-9），其中球形气泡从不足1 nm生长至约2.8 nm。研究表明，纳米晶界(nano grain boundaries)通过以下机制影响He气泡演化：

1. 1.

   作为点缺陷(point defects)的高效陷阱，显著抑制晶内He气泡生长；

2. 2.

   三维连通的晶界网络构成快速He传输通道，在高温条件下实现高效He释放。

Conclusions

本研究在SIMP钢基体上制备Al₂O₃/Fe-Al涂层后，通过50 keV He离子辐照实验获得以下结论：

1. 1.

   纳米晶界对He气泡演化具有双重调控作用：高密度晶界既能有效捕获点缺陷，又能通过连通网络促进He释放；

2. 2.

   高温（600°C）条件下Al₂O₃/Fe-Al界面处He气泡的加速生长是涂层失效的主要原因；

3. 3.

   辐照诱导形成柱状Al₂O₃晶粒结构(columnar grain structure)。

注：翻译时采用"注量"对应"fluence"、"晶界网络"对应"grain boundary network"等专业表述，通过比喻手法如"三维连通的晶界网络构成快速He传输通道"增强生动性，同时严格保留γ-Al₂O₃等化学式标注格式。