近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全技術(shù)研究所科研人員在中國低活化馬氏體（CLAM）鋼中引入稀土鈰（Ce）與鐠（Pr）氧化物，顯著提升了材料的力學(xué)性能。該研究成果已發(fā)表于核材料領(lǐng)域權(quán)威期刊Journal of Nuclear Materials（《核材料雜志》）。

CLAM鋼因其良好的機(jī)械性能和相對成熟的制備工藝，被視作聚變堆包層的主要候選結(jié)構(gòu)材料之一，但其在高溫下的強(qiáng)度與抗蠕變性能有待進(jìn)一步提升。氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）是提高鋼材料高溫性能的有效策略。目前富釔（Y）氧化物作為強(qiáng)化相的作用已得到廣泛驗證，但其他稀土氧化物在鋼材料強(qiáng)化方面的潛力尚缺乏系統(tǒng)研究。

本研究采用機(jī)械合金化與放電等離子燒結(jié)技術(shù)，制備了分別含富Ce和富Pr氧化物的兩種ODS-CLAM鋼樣品，并系統(tǒng)分析了其微觀結(jié)構(gòu)演變及力學(xué)行為。實驗結(jié)果表明，兩種稀土氧化物均可有效促進(jìn)晶粒細(xì)化，并在鋼基體中形成高密度的納米氧化物顆粒。進(jìn)一步的界面分析表明，納米顆粒與基體之間存在特定的共格界面及晶體學(xué)取向關(guān)系。在提升力學(xué)性能方面，富Pr氧化物表現(xiàn)出更明顯的強(qiáng)度提升效果，而富Ce氧化物則在提升材料強(qiáng)度與塑性之間實現(xiàn)了良好的協(xié)同優(yōu)化。

該研究結(jié)果表明，富Ce與富Pr氧化物均可作為ODS鋼的有效強(qiáng)化相，為聚變堆結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計與性能優(yōu)化提供了新的思路與實驗依據(jù)。

本研究工作得到了中國科學(xué)院國際伙伴計劃等項目的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2025.156180

圖1納米顆粒與基體的界面關(guān)系：(a-d) Ce_4.67O₁₃Si₃納米顆粒；(e-f) Pr_4.67O₁₃Si₃納米顆粒

圖2強(qiáng)化理論和性能優(yōu)勢：(a) 屈服強(qiáng)度實測值與計算值對比；

(b) 與參考文獻(xiàn)中回火9Cr-ODS鋼性能比較