用于外太空核反應堆的高強韌鉬合金研制成功

記者24日從中科院合肥物質科學研究院了解到，該院固體所內耗與固體缺陷研究部與中國核動力研究設計院合作，研制出一種高性能鉬合金，為其在先進核能系統和航空航天等領域的應用奠定良好基礎。相關研究成果日前發表在金屬材料頂級期刊《Acta材料》上。

空間核反應堆具有環境適應性好、功率覆蓋范圍廣、結構緊湊以及大功率條件下質量功率比小等突出優點，在大功率地球軌道衛星、深空探測以及月球行星基地供電等方面具有廣闊的應用前景。空間堆中的包殼及堆芯結構材料面臨高溫、中子輻照及液態堿金屬腐蝕等苛刻服役環境，是制約空間堆技術發展的瓶頸之一。鉬及其合金由于高熔點、高熱導率、與堿金屬相容性好等優點，是空間堆關鍵候選材料，但純鉬存在室溫塑性低、高溫強度不足、再結晶脆性和輻照脆化等問題。

研究團隊提出通過納米碳化物彌散、細晶強化和晶界凈化來協同提升鉬合金綜合性能的研究思路。研究團隊通過粉末冶金法和高溫旋鍛制備了室溫及高溫下均具有優異力學性能的納米結構鉬-一碳化鋯合金。該納米結構合金的室溫抗拉強度達928MPa、延伸率為34.4%，比工業中廣泛應用的TZM合金分別提高26%和一倍以上；在1000℃時，鉬-一碳化鋯合金的抗拉強度達到562兆帕，比純鉬、其他納米結構合金提高50%以上。在1200℃高溫下，鉬-一碳化鋯合金的強度優勢更為顯著，其抗拉強度比氧化物彌散強化鉬提高一倍以上，同時保持優良塑性。此外，該合金的再結晶溫度比純鉬提高約400℃，具有優異的高溫穩定性。