近日，中國科學院合肥物質院核能安全所與沈陽金屬研究所合作采用熱變形連接技術對中國低活化馬氏體（CLAM）鋼開展了有效連接，并通過后續(xù)熱處理基本消除了界面缺陷，連接接頭的強度和延伸率與基體性能相當。相關研究成果發(fā)表于國際學術期刊Materials Characterization上。

CLAM鋼因具有低活化、耐輻照和良好的力學性能等優(yōu)點，是核聚變反應堆的主要候選結構材料。但目前CLAM鋼連接技術的發(fā)展仍面臨著重大挑戰(zhàn)，傳統的連接方法易導致組織中的馬氏體板條粗化，熱影響區(qū)的強度及接頭的疲勞壽命降低，連接接頭的性能普遍低于母材，無法滿足聚變反應堆部件焊接接頭的高可靠性要求。針對上述問題，科研人員開發(fā)了一種熱壓縮連接（HCB）方法，該種方法利用高溫高壓實現部件的有效連接，在熱力共同耦合作用下促進了界面晶界遷移及再結晶。研究結果表明高溫下通過較大的塑形變形及后續(xù)熱處理，可以有效破碎界面氧化物，消除界面微孔洞等的連接缺陷，實現界面原子尺度的接觸，從而最終使連接界面完全愈合。

本研究探究了不同HCB工藝參數（包括應變速率、溫度、應變和保溫時間）對CLAM鋼界面微觀結構及界面氧化物演化的影響。同時獲得了CLAM鋼優(yōu)選的HCB工藝窗口，1050℃/20%變形后的樣品在1100℃保溫2 h后，連接接頭的拉伸性能均能達到基體水平。

經驗證該方法在效率和經濟性上具有更大優(yōu)勢，結果表明利用HCB技術最終能夠完全消除CLAM鋼的原始界面痕跡，基本實現了接頭與母材組織及性能的一致性，避免了焊縫對部件整體性能的影響，可為CLAM鋼高效連接和大型構件的制備提供重要參考。

該論文第一作者為核能安全所2022級博士研究生白云飛，通訊作者為黃群英研究員和沈陽金屬研究所孫明月研究員。該項研究工作得到中國科學院國際伙伴計劃、國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113848

圖1 不同連接溫度下結合界面區(qū)域EBSD圖：(a-b) 850℃，(c) 950℃，(d) 1050℃

圖2 1100℃不同保溫時間后界面氧化物EDS分析：(a) 0.5 h， (b) 2 h， (c) 6 h