[论文解读] The role of radiation-induced segregation in defect-phase formation in Ni-Ge and Ni-Si alloys

Amit K. Verma, Yen-Ting Chang+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2026

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一句话总结

论文比较辐照诱导分离如何影响欠饱和 Ni-Si 与 Ni-Ge 在 100 keV He 和 2 MeV Ti 辐照下的缺陷-相演化，揭示了不同的缺陷结构和 He 气泡上的 Ni3Ge 壳层。

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.

研究动机与目标

• 了解化学相场如何与在辐照驱动合金中持续产生的缺陷相互作用。
• 比较欠饱和 Ni-Si 与 Ni-Ge 系统中的 RIS 与缺陷演化。
• 识别在辐照过程中溶质拖拽机制如何影响缺陷结构。

提出的方法

• 将欠饱和 Ni-Si 与 Ni-Ge 合金暴露于 100 keV He 和 2 MeV Ti 辐照下。
• 表征辐照下演化的显微结构和缺陷种群。
• 分析组分拖曳（由间隙原子通量与空位通量引起的）在解释观测差异中的作用。
• 将发现与平衡相图和 RIS 行为联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 辐照诱导分离如何在 Ni-Si 与 Ni-Ge 的辐照下影响缺陷-相形成？
• RQ2 在相似辐照条件下，为何 Ni-Si 与 Ni-Ge 显示不同的缺陷结构（Frank 环路 vs 位错阵列）？
• RQ3 间隙原子通量与空位通量在溶质拖拽和缺陷演化中起到何种机械作用？
• RQ4 是否存在溶质在辐照引发的特征（如气泡或沉淀物）处的分离证据（如 Si 或 Ge）？

主要发现

• 在辐照下 Ni-Si 显示高密度的 Frank 环路。
• Ni-Ge 在辐照下发展出复杂的位错阵列。
• Ni-Ge 的 He 气泡被 Ni3Ge 沉淀壳包覆，但 Si 未向 He 气泡分离。
• 差异可由 Ni-Si 中来自间隙通量的溶质拖曳与 Ni-Ge 中来自空位通量的拖曳解释。
• 平衡相图相似，但辐照驱动的分离和缺陷演化由于不同的拖曳机制而分叉。