[논문 리뷰] The role of radiation-induced segregation in defect-phase formation in Ni-Ge and Ni-Si alloys

Amit K. Verma, Yen-Ting Chang외 3명|arXiv (Cornell University)|2026. 02. 13.

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한 줄 요약

이 논문은 방사선에 의해 유도된 분리(RIS)가 불포화 Ni-Si 및 Ni-Ge에서 100 keV He 및 2 MeV Ti 조사 하의 결함-상 진화에 미치는 영향을 비교하고, 서로 다른 결함 구조와 He 기포에 Ni3Ge 껍질이 형성됨을 밝힌다.

ABSTRACT

The interactions between chemical phase fields and structural defects play a key role in the properties of alloys. We illustrate the importance of these interactions in driven alloys, where defects are continuously being created, with particular focus on systems where radiation-induced segregation occurs. Specifically, we compare the microstructural evolution in undersaturated Ni-Si and Ni-Ge alloys during both 100 keV He and 2 MeV Ti irradiations. While the equilibrium phase diagrams of these systems are similar, and both systems show strong radiation-induced segregation, the evolving defect structures are remarkably different. Ni-Si reveals a high density of Frank loops, while Ni-Ge shows a complex array of dislocations. Moreover, a Ni3Ge precipitate shell is observed to coat He bubbles, while no segregation of Si is observed at such bubbles. We explain these differences in behaviors to solute drag by interstitial fluxes in Ni-Si vs solute drag by vacancy fluxes in Ni-Ge.

연구 동기 및 목표

• 방사선 조사 하에서 구동 합금에서 지속적으로 생성되는 결함과 화학적 상 필드가 어떻게 상호작용하는지 이해한다.
• 불포화 Ni-Si 및 Ni-Ge 시스템에서 RIS와 결함 진화를 비교한다.
• 조성 주도 인력( solute drag) 메커니즘이 조사 중 결함 구조에 어떤 영향을 미치는지 파악한다.

제안 방법

• 100 keV He 및 2 MeV Ti 조사 하에 불포화 Ni-Si 및 Ni-Ge 합금을 노출시킨다.
• 조사에 따른 미세구조 및 결함 집단의 진화를 특성화한다.
• interstitial flux와 vacancy flux 간의 용질 드래그 메커니즘이 관찰된 차이를 설명하는 역할을 분석한다.
• 평형 상도 RIS 거동과 결함 진화에 결과를 연결한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 방사선 유도 해리(RIS)가 Ni-Si 및 Ni-Ge에서 결함-상 형성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 유사한 조사 조건에서 왜 Ni-Si와 Ni-Ge가 서로 다른 결함 구조(Frank 루프 대 전위 배열)를 보이는가?
• RQ3 용질 드래그와 결함 진화에서 interstitial flux와 vacancy flux가 어떤 기작적 역할을 하는가?
• RQ4 방사선에 의해 유도된 거품이나 침전물 등의 표면에서 Si나 Ge의 용질 분리 여부가 있는가?

주요 결과

• Ni-Si는 조사 하에 Frank 루프의 고밀도를 보인다.
• Ni-Ge는 조사 하에 복합적 전위 배열을 형성한다.
• Ni-Ge의 He 기포를 둘러싼 Ni3Ge 침전 껍질이 형성되지만 Si는 He 기포로의 Si 분리/섞임을 보이지 않는다.
• 차이는 Ni-Si에서 interstitial flux에 의한 용질 드래그와 Ni-Ge에서 vacancy flux에 의한 드래그로 설명된다.
• 평형 상도는 유사하나, 조사에 의한 RIS 거동 및 결함 진화는 서로 다른 드래그 메커니즘으로 갈라진다.