近日，北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室呂昭平教授團(tuán)隊(duì)基于前期研發(fā)的共格析出強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鋼，發(fā)現(xiàn)新的抗輻照損傷機(jī)制，該研究對(duì)開發(fā)先進(jìn)抗輻照結(jié)構(gòu)材料具有重要意義并成功應(yīng)用于新型多主元合金體系。國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物Nature Materials于2022年5月30日以“Superiorradiation tolerance via reversible disordering–ordering transition of coherentsuperlattices”為題報(bào)道了這一研究進(jìn)展。
創(chuàng)辦于2002年9月的Nature Materials是材料及其相關(guān)領(lǐng)域的頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊，在自然科學(xué)尤其是材料科學(xué)領(lǐng)域具有很大的學(xué)術(shù)影響力。
圖1. 具有優(yōu)異的耐輻照性能和力學(xué)性能的超高強(qiáng)度鋼
先進(jìn)核能被認(rèn)為是解決人類未來能源需求的終極方案，然而目前以O(shè)DS鋼為代表的耐輻照金屬結(jié)構(gòu)材料在高劑量輻照后仍面臨著增強(qiáng)相失穩(wěn)和抗輻照性能惡化的困境。嚴(yán)苛的輻照服役環(huán)境和高安全性需求，使得開發(fā)具有優(yōu)異高溫強(qiáng)度、高強(qiáng)韌、抗高劑量輻照性能和抗蠕變性能的先進(jìn)金屬結(jié)構(gòu)材料成為制約未來核能發(fā)展的重大挑戰(zhàn)之一。
圖2. 離子輻照下超晶格鋼的顯微組織演化
針對(duì)此問題，北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室呂昭平教授團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)付恩剛教授團(tuán)隊(duì)合作發(fā)現(xiàn)，在前期自主研發(fā)納米共格析出馬氏體時(shí)效超高強(qiáng)度鋼中，其小尺寸超高密度共格有序析出相極易被輻照溶解，但在高溫（400-600 °C）輻照下因其極低的相變勢(shì)壘和短程溶質(zhì)重排主導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)行為而發(fā)生原位動(dòng)態(tài)有序-無序轉(zhuǎn)變。這種局域相變?cè)谙拗迫苜|(zhì)和點(diǎn)缺陷長(zhǎng)程擴(kuò)散的同時(shí)，通過增強(qiáng)溶質(zhì)和缺陷的局域重組，持續(xù)湮滅輻照缺陷并穩(wěn)定高密度析出相，使得該新型超高強(qiáng)度鋼在超高劑量離子輻照（>2000 dpa）后無空洞腫脹和輻照硬化發(fā)生，從而表現(xiàn)出極為優(yōu)異的耐輻照性能和力學(xué)性能，這一新的抗輻照機(jī)制不同與以往借助錯(cuò)配界面吸收缺陷所導(dǎo)致的低穩(wěn)定性，使得材料的抗輻照性能幾乎不受輻照劑量影響，為研發(fā)耐強(qiáng)輻照、高強(qiáng)韌結(jié)構(gòu)材料提供了新的思路。
論文的共同通訊作者為北京科技大學(xué)呂昭平教授和北京大學(xué)付恩鋼教授，第一作者為北京大學(xué)杜進(jìn)隆博士、北京科技大學(xué)蔣雖合研究員和曹培培博士研究生，北京科技大學(xué)吳淵研究員為共同作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的持續(xù)資助。
