Multi-axis atom-probe tomography of precipitation in Fe-Cr-Al alloys; Thermal aging, ion irradiation, and pre-aging effects

Fe-Cr-Al合金における析出の多軸アトムプローブトモグラフィー解析; 熱時効・イオン照射・予備時効効果

阿部 陽介  ; 佐々木 泰祐*; 山下 真一郎   ; 大久保 成彰   ; 鵜飼 重治  

Abe, Yosuke; Sasaki, Taisuke*; Yamashita, Shinichiro; Okubo, Nariaki; Ukai, Shigeharu

Fe-Cr-Al系事故耐性燃料(ATF)被覆材の照射脆化は、Cr濃化相の照射誘起析出に起因する。本研究では、Fe-17.5Cr-Al合金(~wt.%)について、熱時効・イオン照射・予備時効後のイオン照射の3パターンを網羅した系統的アトムプローブトモグラフィー(APT)測定を行い、新規構築した低温域を起点としたFe-Cr-Al三元熱力学データベースと組み合わせて解釈した。その結果、(i)~Cにおける時効と照射の硬化ピークを示すAl組成に約~at.%のシフトがあること、(ii)~予備時効のAl濃度依存的な照射成長応答があること、(iii)~内部の(Cr+Al)組成和則があることを明らかにした。これらの多軸的なベンチマークにより、空孔輸送と局所Al濃度を陽に結合した三元拡張フェーズフィールドモデルによる校正対象を提供した。

Cr-rich precipitation drives irradiation embrittlement of Fe-Cr-Al accident-tolerant fuel (ATF) cladding. Multi-axis atom-probe tomography on Fe-17.5Cr-Al (~wt.%) was performed under thermal aging, ion irradiation, and post-aging irradiation, and interpreted within a newly constructed low-temperature-anchored Fe-Cr-Al ternary thermodynamic database. We identify (i)~a ~at.% shift between the aging and irradiation hardening-peak Al compositions at C, (ii)~an Al-dependent growth response of pre-aged under subsequent irradiation, and (iii)~a (Cr+Al) compositional sum rule in . These multi-axis benchmarks target ternary-extended phase-field models that explicitly couple vacancy transport with local Al concentration.