6月7日消息，近日，中国科学院近代物理研究所（IMP）的研究人员在辐照下纳米结构钛铝氮化物（TiAlN）涂层的纳米硬度和微观结构演变方面取得了新的成果。结果发表在《表面与涂层技术》上。

图 1. TiAlN 涂层在辐照前后的纳米硬度值。图片来源：泰鹏飞

过渡金属氮化物涂层材料，尤其是氮化钛 (TiN) 涂层，具有高硬度、化学惰性、优异的耐磨性和耐腐蚀性。这些特性使它们能够作为核反应堆结构材料上的优质保护涂层。然而，核反应堆中的极端辐射环境可能会改变其特性并降低其性能。因此，有必要对涂层材料的辐射响应进行研究。

IMP 的研究人员研究了辐射引起的 TiN 基涂层材料性能的变化。他们选择 TiAlN 作为等结构模型材料来研究辐照诱导的纳米硬度和微观结构演变，以及它们之间的关系。

实验中采用阴极电弧离子镀法在钨铁镍基体上沉积涂层，沉积后涂层的平均晶粒尺寸约为10 nm。所获得的 TiAlN 涂层的氮化物（N）离子辐照实验在 320 kV 多学科研究平台上进行，具有不同的温度和流量。

图 2. 沉积涂层 (a)、RT-2E16 (b) RT-4E16 (c)、300 oC-4E16 (d)、500 oC-4E16 (e) 涂层样品的高分辨率透射电子显微镜图像。图片来源：泰鹏飞

据研究人员称，即使在室温和更高温度下10 dpa 的损伤水平下，在每个辐照样品中都没有观察到非晶化或相变，这表明制备的 TiAlN 涂层具有良好的抗辐照性。

此外，他们在所有辐照样品中观察到显着的辐射诱导软化 (RIS) 效应。与在高温下辐照的样品相比，在室温下辐照的样品中 RIS 效应被放大。研究人员在所有辐照样品中观察到大量的 N 气泡，发现位于晶界的 N 气泡应该是纳米结构 TiAlN 涂层中 RIS 效应的原因。