增材制造CrMoTaTiV难熔合金展现优异抗辐射性能

7月31日发布的一项材料研究显示，研究团队采用激光粉末定向能量沉积(LP-DED)技术，制备出一种新型Cr₁₀Mo₂₅Ta₂₅Ti₁₅V₂₅难熔复杂成分合金，并对其在辐照环境下的结构稳定性和力学性能进行了系统评估。该研究面向下一代核裂变和核聚变装置对高温、强辐照结构材料的需求。

研究中，样品在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室离子束材料实验室接受3.5 MeV Fe²⁺离子辐照，辐照温度分别为室温和650℃，局部剂量达到约1.8、6和18 dpa。显微组织分析表明，该合金以树枝状体心立方(BCC)基体为主，枝晶间区域富集Cr、V和Ti，同时含有富Ti和O的面心立方(FCC)第二相。

力学测试显示，该合金在室温下屈服强度约为1611±30 MPa，断裂工程应变约为9±1%;在800℃下屈服强度约为1100±50 MPa，塑性变形能力仍保持在约10%;即使在1000℃下，屈服强度仍达到953±70 MPa，并表现出较好的抗压延展性。与传统真空电弧熔炼工艺制备的同类合金相比，LP-DED制备样品在多个温度条件下表现出更高屈服强度。

辐照结果显示，在室温和650℃条件下，BCC基体和FCC第二相均保持稳定，未观察到孔洞形成或相变。研究人员发现，辐照后材料内部形成了高密度、小尺寸位错环;室温下随剂量增加，位错环尺寸略有减小、密度增加，表明成核过程占主导;650℃下位错环尺寸随剂量增加而增大、密度降低，说明环结构出现合并趋势。

研究认为，增材制造过程带来的高位错密度、复杂成分合金基体中的缓慢扩散，以及富氧FCC第二相颗粒的存在，共同提升了该合金的抗辐射能力。研究团队指出，这类增材制造难熔复杂成分合金在下一代核裂变和核聚变相关材料应用中具有进一步研究潜力。