作者:吴长锋 来源:科技日报 发布时间:2022/2/24 17:02:53
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用于外太空核反应堆的高强韧钼合金研制成功

 

记者24日从科院合肥物质科学研究院了解到,该院固体所内耗与固体缺陷研究部与中国核动力研究设计院合作,研制出一种高性能钼合金,为其在先进核能系统和航空航天等领域的应用奠定良好基础。相关研究成果日前发表在金属材料顶级期刊《Acta材料》上。

空间核反应堆具有环境适应性好、功率覆盖范围广、结构紧凑以及大功率条件下质量功率比小等突出优点,在大功率地球轨道卫星、深空探测以及月球行星基地供电等方面具有广阔的应用前景。空间堆中的包壳及堆芯结构材料面临高温、中子辐照及液态碱金属腐蚀等苛刻服役环境,是制约空间堆技术发展的瓶颈之一。钼及其合金由于高熔点、高热导率、与碱金属相容性好等优点,是空间堆关键候选材料,但纯钼存在室温塑性低、高温强度不足、再结晶脆性和辐照脆化等问题。

研究团队提出通过纳米碳化物弥散、细晶强化和晶界净化来协同提升钼合金综合性能的研究思路。研究团队通过粉末冶金法和高温旋锻制备了室温及高温下均具有优异力学性能的纳米结构钼-一碳化锆合金。该纳米结构合金的室温抗拉强度达928MPa、延伸率为34.4%,比工业中广泛应用的TZM合金分别提高26%和一倍以上;在1000℃时,钼-一碳化锆合金的抗拉强度达到562兆帕,比纯钼、其他纳米结构合金提高50%以上。在1200℃高温下,钼-一碳化锆合金的强度优势更为显著,其抗拉强度比氧化物弥散强化钼提高一倍以上,同时保持优良塑性。此外,该合金的再结晶温度比纯钼提高约400℃,具有优异的高温稳定性。

研究结果表明,纳米结构钼-一碳化锆合金在室温及高温下均具有优异的强韧性,与已报道的同类材料相比具有明显优势。

 
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