近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院與中國核動力研究設(shè)計院合作，研制出一種高性能鉬合金，或可在先進(jìn)核能系統(tǒng)和航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用。
空間核反應(yīng)堆具有環(huán)境適應(yīng)性好、功率覆蓋范圍廣、結(jié)構(gòu)緊湊以及大功率條件下質(zhì)量功率比小等突出優(yōu)點(diǎn)，在大功率地球軌道衛(wèi)星、深空探測以及月球行星基地供電等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。空間堆中的包殼及堆芯結(jié)構(gòu)材料面臨高溫、中子輻照及液態(tài)堿金屬腐蝕等苛刻服役環(huán)境，是制約空間堆技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。鉬及其合金由于高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率、與堿金屬相容性好等優(yōu)點(diǎn)，是空間堆關(guān)鍵候選材料，但純鉬存在室溫塑性低、高溫強(qiáng)度不足、再結(jié)晶脆性和輻照脆化等問題。
該研究團(tuán)隊提出，通過納米碳化物彌散、細(xì)晶強(qiáng)化和晶界凈化來協(xié)同提升鉬合金綜合性能的研究思路。該團(tuán)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(yōu)異力學(xué)性能的納米結(jié)構(gòu)鉬-一碳化鋯合金。該納米結(jié)構(gòu)合金的室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)928兆帕、延伸率為34.4%，比工業(yè)中廣泛應(yīng)用的鉬鈦鋯合金（TZM合金）分別提高26%和1倍以上；在1000℃時，鉬-一碳化鋯合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到562兆帕，比純鉬和其他納米結(jié)構(gòu)合金提高50%以上。在1200℃高溫下，鉬-一碳化鋯合金的強(qiáng)度優(yōu)勢更為顯著，其抗拉強(qiáng)度比氧化物彌散強(qiáng)化鉬提高1倍以上，并保持優(yōu)良塑性。此外，該合金的再結(jié)晶溫度比純鉬提高約400℃，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。