北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平教授团队合作发现新的抗辐照损伤机制

近日，北京科技大学金属新材料国家重点实验室卢兆平教授团队在此前研制的相干沉淀强化超高强钢的基础上，发现了一种新的抗辐射损伤机制。 这项研究对先进抗辐射结构材料的开发具有重要意义。 具有重要意义，已成功应用于新型多主合金体系。 国际知名学术期刊《Nature Materials》于2022年5月30日以“Superior Radiation Tolerance via Reversible Disordering–Ordering Transition of Coherent Superlattices”为题报道了这一研究进展。

Nature Materials创刊于2002年9月，是材料及相关领域顶级学术期刊，在自然科学特别是材料科学领域具有较大的学术影响力。

图1 具有优异抗辐射性能和机械性能的超高强度钢

先进核能被认为是人类未来能源需求的最终解决方案。 然而，目前以ODS钢为代表的耐辐射金属结构材料仍然面临高剂量辐照后相不稳定增强和耐辐射性能恶化的困境。 恶劣的辐照服役环境和较高的安全要求，使得开发具有优良高温强度、高韧性、抗高剂量辐射和抗蠕变性能的先进金属结构材料成为制约核能未来发展的重大挑战之一。

图2 离子辐照下超晶格钢的微观结构演变

针对这一问题，北京科技大学金属新材料国家重点实验室吕兆平教授团队与北京大学付恩刚教授团队合作，发现在早期自主研发的纳米相干沉淀马氏体时效超高强度钢，其尺寸小，超高密度的共格有序析出相很容易被辐照溶解，但在高温（400-600℃）辐照下会出现，因为其极低的相变势垒和动力学行为占主导地位通过短程溶质重排。 原位动态有序-无序转变。 这种局部相变不仅限制了溶质和点缺陷的长距离扩散，而且通过增强溶质和缺陷的局部重组，不断消灭辐照缺陷并稳定高密度析出物，使新型超高强钢具有抗腐蚀能力。至超高剂量。 离子辐照（>2000dpa）后不会出现空腔膨胀或辐射硬化，因而表现出极其优异的耐辐射性和机械性能。 这种新的抗辐射机制与之前通过不匹配界面吸收缺陷不同。 由此产生的低稳定性使得材料的耐辐射性能几乎不受辐射剂量的影响，为开发强抗辐射、高强度结构材料提供了新思路。

该论文的共同通讯作者为北京科技大学卢兆平教授和北京大学付恩刚教授。 第一作者为北京大学杜金龙博士、北京科技大学姜继和研究员和博士生曹培培。 北京科技大学吴元研究员为共同作者。 。 该研究得到了国家自然科学基金委员会持续资助。

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