The nanoindentation technology is estimated to evaluate irradiation hardening and deformation characteristics of ion-irradiated bcc and fcc metals. The specimens are irradiated with 8MeV $Fe^{+4}$ ions to 0.15dpa and 1.5dpa at 60℃. The hardness value profile shows depth dependence of the hardness value in bcc and fcc metals. In L/D and D plot, the pop-in phenomenon is able to estimate radiation defects at the peak displacement damage depth and irradiation hardening due to radiation-induced defects. The result of the hardness ratio increasing with doses means dose dependence of irradiation hardening in all specimens, before and after irradiation. The derivative of the load-to-depth ratio, d(L/D)/dD, is evaluated for the depth-dependent deformation characteristics in irradiated specimens. This profile shows that a depth at the peak plastic deformation is 0.01-0.02 times the depth at the peak displacement damage and the peak value of the deformation parameter moves to the specimen surface with increasing doses.
본 연구에서는 다른 조사량에서 체심입방과 면심입방 금속의 경도와 하중값을 nanoindentation을 이용하여 측정하였다. 이렇게 측정된 경도값은 깊이에 의존하는 조사경화를 평가하고, 체심입방과 면심입방의 경도값을 비교 평가 하였다. 또한 측정된 하중값은 조사결함에 의한 조사경화와 이러한 조사경화의 조사량 의존성을 평가 하였으며, 소성변형 특성을 평가 하였다.
Nanoindentation을 이용한 경도값 측정결과, 비조사와 조사 모두에서 SA508 CL.3 steel의 경도값이 제일 큰 값을 가지며, Ni 다음으로 Fe의 순서로 경도값을 갖는다는 것을 확인하였고, Cu가 가장 낮은 경도값을 보임을 확인하였다. 경도값을 깊이로 나타내면, 비조사에서 경도값은 체심입방과 면심입방 금속 모두에서 깊이에 대하여 거의 일정한 값을 갖는다는 것을 확인하였다. 조사환경인 경우, 체심입방의 경도값은 깊이에 대하여 급속히 감소하는 현상을 보이나, 면심입방의 경도값은 깊이에 대하여 완만히 감소하는 현상을 관찰하였다. L/D와 D의 그림으로부터, 비조사 시편인 경우 L/D와 D 사이에는 거의 선형의 관계를 확인하였다. 그러나 이온조사를 받으면 시편은 indenter tip에 의해 형성된 소성영역이 조사에 의해 형성된 손상층과 비손상층 사이에 도달하여 나타나는 pop-in 현상을 관찰하였다. Hardness Ratio와 조사량 관계로부터 조사량이 증가하면 조사경화가 증가함을 확인 하였으며, 특히 Fe의 조사경화가 다른 시편들의 조사경화 보다 조사량에 더 크게 반응한다는 것을 확인하였다. L/D를 D로 미분하여 표현한 결과, 소성변형특성이 약 15 - 30 nm의 깊이에서 최고값을 가지며, 조사량이 증가 할수록 최고값 위치가 시편 표면으로 이동함을 확인하였다.
위와 같이 관찰된 현상으로부터 다음과 같은 결론을 얻게 되었다. $Fe^{+4}$ 이온조사를 받은 체심입방과 면심입방 금속은 조사손상 영역에 구조에 따른 조사결함이 생성된다. 이렇게 생성된 조사 결함은 재료의 조사경화와 변형특성에 영향을 주어 조사량이 증가할수록 조사경화의 증가와 변형특성 값이 시편으로의 이동현상을 발생시키게 된다. 그리고 조사량과 조사경화의 관계로부터 조사경화는 조사량에 의존한다는 사실을 얻게 되었다.
