·1374. 工程科学学报，第39卷，第9期 向相当大比例的自旋取向[).FeoB,非晶合金Au离 产生塑性变形导致硬度增加36，s3】 子辐照后也产生了离子径迹现象，径迹类似于半径 针对铁基非晶合金的离子辐照已经开展了广泛的 8.2±0.1nm的长柱状结构，并且径迹半径由于离子径 研究，已初步建立离子辐照与结构和性能之间的联系， 迹边界的松弛随着退火温度的增加而逐渐减小[]. 但不同辐照离子对于铁基非晶合金结构和性能的影响 Feg1B1asSi3sC2非晶合金的磁各向异性对离子辐照的 机制的研究还不够深入，仍需开展大量的系统研究工 注量非常敏感，并且受控于离子束能量[o,可能是辐 作.另外，由于与中子辐照行为的某些相似性，离子辐 照后引人的应力导致了磁各向异性的变化).Fe0 照可用来模拟研究材料的中子辐照性能)] Nis Mo4Bs和FeB,Si,非晶合金I离子7.5×10Bcm2 1.3铁基非晶合金氢离子和氨离子辐照性能 注量辐照后磁矩由平行于条带表面的取向转变为随机 Fe知Si,.43B12?非晶合金具有低矫顽力、高磁导率、 分布[)，可能是由于辐照产生的圆柱状缺陷引起的应 高饱和磁化强度、以及其他软磁性能，其辐照性能也备 力的松弛而导致磁矩的随机分布[o] 受关注.FesoSi2,.sB2sn非晶合金H离子辐照(40keV,3 非晶合金由于其固有的无序结构有助于抵抗辐照 ×10cm2)后没有明显的辐照损伤现象，但有明显的 导致的损伤，很多铁基非晶合金在重离子辐照后并不 晶化现象.在1×108cm2注量辐照时就已经出现了 发生相变或产生缺陷，且仍然保持非晶结构.例如 晶化现象，结晶点在非晶表面均匀分布，结晶相主要为 Fea.sNb,B2和Fea.sSis.B,Cu,Nb,非晶合金重离子辐 a-Fe,伴有少量的Fe,B、FeB和B-Mn型亚稳相[ss]. 照后没有观察到晶化现象[6).然而，重离子辐照后 结晶相将在磁畴运动时起到钉扎作用，Fe,B结晶相具 也可引起非晶合金中局部晶化.Fe0Bo非晶合金在Au 有高磁各向异性从而导致FeSi2.aB2非晶合金矫顽 离子辐照后产生略有增强的再结晶过程，与未辐照的 力增加-5刃.但是，FesSi.B2)非晶合金在相同注量 样品相比，辐照产生的离子径迹中并没有出现结晶相 条件下H离子辐照(250keV)却没有发生晶化现象，可 的改变，但离子径迹中a-Fe和Fe3B团簇的密度相对 能是由于40keV(~5mA)时的射束电流是250keV(~ 母体材料略有增加.Fen.Si,sNb,Zx,B,非晶合金Xe 10uA)时的几百倍，因此在40keV(~5mA)辐照时的 离子辐照发生局部晶化现象，形成尺寸为1~2m的 级联损伤更加严重[s].H和He离子辐照后铁基非晶 -Fe(Si)析出相，但纳米析出相并没有随离子注量的 合金依然保持了较好的软磁性能，较未辐照的样品相 增加而生长[.Fe.sNb4Cr,Cu,B6非晶合金在低注 比，饱和磁感应强度有轻微降低，矫顽力轻微增加.可 量下离子辐照时晶化现象比较显著，而在相对较高 能是由表面的粗糙度和结构变化引起的[].由于辐 的注量(3×10"和2.3×10Bcm2)晶化现象反而弱化 照离子轰击导致表面均方根粗糙度变大，粗糙度随着 了；而FeaZr,.B,非晶合金的晶化随着辐照注量的增加 辐照注量的增加而轻微的增加[60-] 而加剧[).非晶合金辐照后发生局部晶化，主要是由 关于辐照晶化的机制有以下几种说法.一是当激 于高能量电子沉积诱发的[]，晶化现象可解释为沿离 活能超过玻璃转变温度时，非晶可能会由非晶相向稳 子入射路径上电子激发中高能量沉积的弛豫引起的， 态晶相转变[].因此有研究者认为FewoSi72.sB2sn表面 在离子路径附近诱发了径向应力波，使得非晶中局部 的晶化可能是在辐照时局部温度达到其晶化温度导致 原子重新排列，从而诱发纳米晶相的产生[46,9-0] 的6@].二是辐照引起的级联损伤、能量沉积产生的热 此外，重离子辐照也可导致以发泡为主的表面损 效应和成分的局部分布不均匀引起的原子迁移的增加 伤，Ar离子辐照Fes Ni V,Si2B,非晶态合金，在低注 从而导致非晶的晶化.而且热效应导致非晶表层局部 量下，表面损伤以发泡为主，而在高注量下，表面发泡 或瞬态温度增加甚至超过玻璃转变温度，热处理的协 消失，溅射造成的多孔粗糙表面损伤结构形成.由于 同效应和辐照热效应导致FeSi,B2n晶化). 溅射对非晶态合金表面的不断侵蚀，A离子辐照导致 Feso Si243B27非晶合金经过最大注量1×108 的表面发泡是短注量的效应[s1-].而且，Ar离子溅射 cm2He离子辐照没有明显的表面损伤，也没有出现明 腐蚀与铁基非晶态合金的表面性能相关. 显的晶化现象.在距离辐照表面深度约1.1m处（离 重离子辐照后铁基非晶的硬度也会发生变化. 子辐照深度)产生了类空位缺陷群，并且数量明显多 Fen.sSi1s.sB,CuNb,非晶合金Ni离子辐照后没有出现 于表面的类空位缺陷.Fez BisSi,.非晶合金He(1×104 热学性能的变化，显微硬度却有显著增加.辐照开始 ©m2)离子辐照后也产生了空位型缺陷[6)，这可能是 时硬度随着束流的增大而增加，但随着注量的进一步 由于辐照条件下非晶合金中的原子容易被替换.He 增加材料硬度有减小的趋势[).对于快速重离子来 离子与空位有很强的反应，容易形成很高密度的氢 说，电子激发和电离的密度变得很高产生新的集体效 泡[6s-6o],因而He离子在表层和辐照离子末端的滞留 应，从而引起局部产生高机械应力，释放剪切转变进而 造成He离子聚集进而形成氦泡.H离子辐照时也会工程科学学报,第 39 卷,第 9 期 向相当大比例的自旋取向[39] . Fe80B20非晶合金 Au 离 子辐照后也产生了离子径迹现象,径迹类似于半径 8郾 2 依 0郾 1 nm 的长柱状结构,并且径迹半径由于离子径 迹边界的松弛随着退火温度的增加而逐渐减小[43] . Fe81B13郾 5 Si 3郾 5 C2 非晶合金的磁各向异性对离子辐照的 注量非常敏感,并且受控于离子束能量[40] ,可能是辐 照后引入的应力导致了磁各向异性的变化[44] . Fe40 Ni 38Mo4B18和 Fe78B13 Si 9非晶合金 I 离子 7郾 5 伊 10 13 cm - 2 注量辐照后磁矩由平行于条带表面的取向转变为随机 分布[45] ,可能是由于辐照产生的圆柱状缺陷引起的应 力的松弛而导致磁矩的随机分布[40] . 非晶合金由于其固有的无序结构有助于抵抗辐照 导致的损伤,很多铁基非晶合金在重离子辐照后并不 发生相变或产生缺陷,且仍然保持非晶结构. 例如 Fe80郾 5Nb7B12郾 5和 Fe73郾 5 Si 15郾 5B7Cu1Nb3非晶合金重离子辐 照后没有观察到晶化现象[46鄄鄄47] . 然而,重离子辐照后 也可引起非晶合金中局部晶化. Fe80B20非晶合金在 Au 离子辐照后产生略有增强的再结晶过程,与未辐照的 样品相比,辐照产生的离子径迹中并没有出现结晶相 的改变,但离子径迹中 琢鄄鄄Fe 和 Fe3B 团簇的密度相对 母体材料略有增加[43] . Fe77郾 5 Si 9郾 5Nb3Zr1B9非晶合金 Xe 离子辐照发生局部晶化现象,形成尺寸为 1 ~ 2 nm 的 琢鄄鄄Fe(Si)析出相,但纳米析出相并没有随离子注量的 增加而生长[39] . Fe73郾 5Nb4郾 5 Cr5 Cu1 B16非晶合金在低注 量下 Pb 离子辐照时晶化现象比较显著,而在相对较高 的注量(3 伊 10 11和 2郾 3 伊 10 13 cm - 2 )晶化现象反而弱化 了;而 Fe90 Zr7B3非晶合金的晶化随着辐照注量的增加 而加剧[46] . 非晶合金辐照后发生局部晶化,主要是由 于高能量电子沉积诱发的[48] ,晶化现象可解释为沿离 子入射路径上电子激发中高能量沉积的弛豫引起的, 在离子路径附近诱发了径向应力波,使得非晶中局部 原子重新排列,从而诱发纳米晶相的产生[46,49鄄鄄50] . 此外,重离子辐照也可导致以发泡为主的表面损 伤,Ar 离子辐照 Fe39 Ni 39 V2 Si 12 B8 非晶态合金,在低注 量下,表面损伤以发泡为主,而在高注量下,表面发泡 消失,溅射造成的多孔粗糙表面损伤结构形成. 由于 溅射对非晶态合金表面的不断侵蚀,Ar 离子辐照导致 的表面发泡是短注量的效应[51鄄鄄52] . 而且,Ar 离子溅射 腐蚀与铁基非晶态合金的表面性能相关. 重离子辐照后铁基非晶的硬度也会发生变化. Fe73郾 5 Si 15郾 5B7Cu1Nb3非晶合金 Ni 离子辐照后没有出现 热学性能的变化,显微硬度却有显著增加. 辐照开始 时硬度随着束流的增大而增加,但随着注量的进一步 增加材料硬度有减小的趋势[47] . 对于快速重离子来 说,电子激发和电离的密度变得很高产生新的集体效 应,从而引起局部产生高机械应力,释放剪切转变进而 产生塑性变形导致硬度增加[36,53] . 针对铁基非晶合金的离子辐照已经开展了广泛的 研究,已初步建立离子辐照与结构和性能之间的联系, 但不同辐照离子对于铁基非晶合金结构和性能的影响 机制的研究还不够深入,仍需开展大量的系统研究工 作. 另外,由于与中子辐照行为的某些相似性,离子辐 照可用来模拟研究材料的中子辐照性能[54] . 1郾 3 铁基非晶合金氢离子和氦离子辐照性能 Fe80 Si 7郾 43B12郾 57非晶合金具有低矫顽力、高磁导率、 高饱和磁化强度、以及其他软磁性能,其辐照性能也备 受关注. Fe80 Si 7郾 43B12郾 57非晶合金 H 离子辐照(40 keV、3 伊 10 18 cm - 2 )后没有明显的辐照损伤现象,但有明显的 晶化现象. 在 1 伊 10 18 cm - 2注量辐照时就已经出现了 晶化现象,结晶点在非晶表面均匀分布,结晶相主要为 琢鄄鄄Fe,伴有少量的 Fe2 B、Fe3 B 和 茁鄄鄄 Mn 型亚稳相[55] . 结晶相将在磁畴运动时起到钉扎作用, Fe2B 结晶相具 有高磁各向异性从而导致 Fe80 Si 7郾 43B12郾 57非晶合金矫顽 力增加[56鄄鄄57] . 但是,Fe80 Si 7郾 43B12郾 57非晶合金在相同注量 条件下 H 离子辐照(250 keV)却没有发生晶化现象,可 能是由于 40 keV( ~ 5 mA)时的射束电流是 250 keV( ~ 10 滋A)时的几百倍,因此在 40 keV( ~ 5 mA)辐照时的 级联损伤更加严重[58] . H 和 He 离子辐照后铁基非晶 合金依然保持了较好的软磁性能,较未辐照的样品相 比,饱和磁感应强度有轻微降低,矫顽力轻微增加. 可 能是由表面的粗糙度和结构变化引起的[59] . 由于辐 照离子轰击导致表面均方根粗糙度变大,粗糙度随着 辐照注量的增加而轻微的增加[60鄄鄄61] . 关于辐照晶化的机制有以下几种说法. 一是当激 活能超过玻璃转变温度时,非晶可能会由非晶相向稳 态晶相转变[46] . 因此有研究者认为 Fe80 Si 7郾 43B12郾 57表面 的晶化可能是在辐照时局部温度达到其晶化温度导致 的[62] . 二是辐照引起的级联损伤、能量沉积产生的热 效应和成分的局部分布不均匀引起的原子迁移的增加 从而导致非晶的晶化. 而且热效应导致非晶表层局部 或瞬态温度增加甚至超过玻璃转变温度,热处理的协 同效应和辐照热效应导致 Fe80 Si 7郾 43B12郾 57晶化[63] . Fe80 Si 7郾 43 B12郾 57 非 晶 合 金 经 过 最 大 注 量 1 伊 10 18 cm - 2He 离子辐照没有明显的表面损伤,也没有出现明 显的晶化现象. 在距离辐照表面深度约 1郾 1 滋m 处(离 子辐照深度) 产生了类空位缺陷群,并且数量明显多 于表面的类空位缺陷. Fe79B16 Si 5非晶合金 He(1 伊 10 24 cm - 2 )离子辐照后也产生了空位型缺陷[64] ,这可能是 由于辐照条件下非晶合金中的原子容易被替换. He 离子与空位有很强的反应,容易形成很高密度的氦 泡[65鄄鄄66] ,因而 He 离子在表层和辐照离子末端的滞留 造成 He 离子聚集进而形成氦泡. H 离子辐照时也会 ·1374·