近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全所科研人員在耐熱抗輻照鋼設(shè)計(jì)方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際核材料領(lǐng)域知名期刊Journal of Nuclear Materials上。

中國低活化馬氏體鋼（CLAM）因其良好的機(jī)械性能和相對(duì)成熟的制備技術(shù)被選為聚變堆包層的主要候選結(jié)構(gòu)材料之一。馬氏體鋼的上限使用溫度通常為550℃，本研究中采用了氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）方法以進(jìn)一步提升其上限使用溫度。氧化物Y₂Ti₂O₇是ODS鋼中常用的強(qiáng)化相，通常是將鈦（Ti）和三氧化二釔（Y₂O₃）與鋼基體粉末進(jìn)行機(jī)械合金化，并在隨后的熱固結(jié)或熱處理過程中形成。然而，對(duì)于單獨(dú)添加Y₂Ti₂O₇在ODS鋼制備過程中的結(jié)構(gòu)演變和其對(duì)材料結(jié)構(gòu)及性能影響機(jī)理尚不清楚。

在本研究中，核能安全所科研人員采用機(jī)械合金化和放電等離子體燒結(jié)方法制備了添加納米Y₂Ti₂O₇和非晶Y₂Ti₂O₇的ODS-CLAM鋼，研究了添加不同初始結(jié)構(gòu)Y₂Ti₂O₇的樣品組織和拉伸性能。研究結(jié)果顯示：納米Y₂Ti₂O₇在球磨過程中結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，非晶Y₂Ti₂O₇經(jīng)球磨后部分轉(zhuǎn)化為晶體氧化物；氧化物的初始結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)后樣品的微觀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度具有明顯影響，添加非晶Y₂Ti₂O₇的燒結(jié)樣品中納米顆粒尺寸更細(xì)，且在具有相近屈服強(qiáng)度時(shí)其具有較高的塑性。本研究闡明了Y₂Ti₂O₇在材料制備過程中的結(jié)構(gòu)演變，通過控制氧化物初始結(jié)構(gòu)提升了ODS-CLAM鋼性能，為強(qiáng)塑性ODS鋼的研發(fā)提供了一定借鑒與參考。

本研究工作得到了中國科學(xué)院國際伙伴計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311524003106

圖1添加氧化物Y₂Ti₂O₇的初始結(jié)構(gòu)：(a-c) 納米粉末；(d-e) 非晶粉末；(f) XRD圖譜

圖2燒結(jié)樣品微結(jié)構(gòu)及納米顆粒尺寸統(tǒng)計(jì)：(a-d)Y₂Ti₂O₇-CLAM樣品；(e)非晶Y₂Ti₂O₇-CLAM樣品；(f) 納米顆粒尺寸統(tǒng)計(jì)圖

圖3兩種回火樣品的屈服應(yīng)力實(shí)測值與計(jì)算值比較