高強韌鉬合金可用于外太空核反應堆再結晶溫度可較純鉬提高超400°C

來源：科技日報時間：2022-03-03 10:36:41

記者2月24日從中國科學院合肥物質科學研究院了解到，該院固體所內耗與固體缺陷研究部同中國核動力研究設計院合作，研制出一種高性能鉬合金，或可在先進核能系統(tǒng)和航空航天等領域應用。相關研究成果日前發(fā)表在金屬材料期刊《Acta材料》上。

空間核反應堆具有環(huán)境適應性好、功率覆蓋范圍廣、結構緊湊以及大功率條件下質量功率比小等突出優(yōu)點，在大功率地球軌道衛(wèi)星、深空探測以及月球行星基地供電等方面具有廣闊的應用前景。空間堆中的包殼及堆芯結構材料面臨高溫、中子輻照及液態(tài)堿金屬腐蝕等苛刻服役環(huán)境，是制約空間堆技術發(fā)展的瓶頸之一。鉬及其合金由于高熔點、高熱導率、與堿金屬相容性好等優(yōu)點，是空間堆關鍵候選材料，但純鉬存在室溫塑性低、高溫強度不足、再結晶脆性和輻照脆化等問題。

研究團隊提出通過納米碳化物彌散、細晶強化和晶界凈化來協(xié)同提升鉬合金綜合性能的研究思路。研究團隊通過粉末冶金法和高溫旋鍛制備了室溫及高溫下均具有優(yōu)異力學性能的納米結構鉬—一碳化鋯合金。該納米結構合金的室溫抗拉強度達928兆帕、延伸率為34.4%，比工業(yè)中廣泛應用的鉬鈦鋯合金(TZM合金)分別提高26%和一倍以上;在1000℃時，鉬—一碳化鋯合金的抗拉強度達到562兆帕，比純鉬、其他納米結構合金提高50%以上。在1200℃高溫下，鉬—一碳化鋯合金的強度優(yōu)勢更為顯著，其抗拉強度比氧化物彌散強化鉬提高一倍以上，同時保持優(yōu)良塑性。此外，該合金的再結晶溫度比純鉬提高約400℃，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。

研究結果表明，納米結構鉬—一碳化鋯合金在室溫及高溫下均具有優(yōu)異的強韌性，與已報道的同類材料相比具有明顯優(yōu)勢。(記者吳長鋒)

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高強韌鉬合金可用于外太空核反應堆再結晶溫度可較純鉬提高超400°C