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公司新聞

高耐輻射鎢基高熵合金
發布時間:2019-04-24 09:40:33發布者:Admin新聞種類:前沿動態

磁聚變反應堆中的關鍵部件,比如偏濾器或等離子體材料,都需要滿足一些性能要求,包括低活 化、高熔點、良好的機械性能、低濺射腐蝕和低氚保留/共沉積。這些部件必須在高溫下長時間運行 ,在暴露于大等離子體熱量和高能中性氫同位素(D和T)的情況下,不會發生故障或大面積侵蝕。鎢 是等離子體材料的好的選擇,因為它具有較高的熔融溫度、較低的腐蝕速率和較低的氚保留。然而, 鎢本身斷裂韌性非常低,極大限制了部件的有效操作溫度,并同時產生了一系列制造上的困難。目前 已經觀察到的結果是,D和He在中等溫度下(<800K)會起泡,He在高溫下(>1600K)會形成凹坑、空 穴和起泡。這些現象的形成機理尚不清楚,但科學家猜測其很大歸因于材料缺陷中D和He的積累。在 稍微低一點的溫度下(1250-1600K),將鎢暴露在He等離子體中可以觀察到納米級起泡的產生。而在 接近國際熱核實驗反應堆的工作條件下,可以發現材料表面具有納米結構的形貌。這些納米結構表面 所增加的表面積和脆性引起了鎢用作聚變反應堆等離子體材料的關注。

為了促使CET的發生,過冷液體必須存在于柱狀前端之前,以使大部分等軸晶粒形核或使分離的固 體碎片或未熔化的粉末存活和生長。過冷(ΔTCS)溶質產生ΔTCS的速率由生長限制因子Q決定,其中 具有大Q值的溶質快速產生ΔTCS并且被認為是可以提供有效晶粒細化的生長限制溶質。Ti-6Al-4V中 的Al和V溶質不提供ΔTCS (Al和V溶質在Ti 中具有可忽略的Q值),因此Ti-6Al-4V難以實現CET。

美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室開發了一種具有優異耐輻射性能的體心立方鎢基耐輻射高熵合金薄 膜(合金組成見圖1)。該合金在納米晶和超細體系中顯示出雙峰晶粒尺寸分布,并顯示出獨特的4nm 薄片結構(如圖2)。透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射顯示材料在高溫熱退火后出現某些黑點。 TEM和原子探針斷層掃描(APT)分析認為黑點的產生于富含Cr和V的第二相顆粒有關(如圖3)。該材 料的初始硬度為14GPa,熱處理及輻射僅僅產生輕微的硬化,可以忽略不計。

圖1

圖2

圖3

來源: O. El-Atwani1 , N. Li, M. Li, A. Devaraj, J. K. S. Baldwin, M. M. Schneider, D. Sobieraj, J. S. Wróbel, D. Nguyen-Manh, S. A. Maloy and E. Martinez. Outstanding radiation resistance of tungsten-based high-entropy alloys, Science Advanced, 2019, 5, 261.

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