【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院合肥物质院核能安全技术研究所科研人员在中国低活化马氏体(CLAM)钢中引入稀土铈(Ce)与镨(Pr)氧化物，显著提升了材料的力学性能。该研究成果已发表于核材料领域权威期刊Journal of Nuclear Materials(《核材料杂志》)。
CLAM钢因其良好的机械性能和相对成熟的制备工艺，被视作聚变堆包层的主要候选结构材料之一，但其在高温下的强度与抗蠕变性能有待进一步提升。氧化物弥散强化(ODS)是提高钢材料高温性能的有效策略。目前富钇(Y)氧化物作为强化相的作用已得到广泛验证，但其他稀土氧化物在钢材料强化方面的潜力尚缺乏系统研究。
本研究采用机械合金化与放电等离子烧结技术，制备了分别含富Ce和富Pr氧化物的两种ODS-CLAM钢样品，并系统分析了其微观结构演变及力学行为。实验结果表明，两种稀土氧化物均可有效促进晶粒细化，并在钢基体中形成高密度的纳米氧化物颗粒。进一步的界面分析表明，纳米颗粒与基体之间存在特定的共格界面及晶体学取向关系。在提升力学性能方面，富Pr氧化物表现出更明显的强度提升效果，而富Ce氧化物则在提升材料强度与塑性之间实现了良好的协同优化。
该研究结果表明，富Ce与富Pr氧化物均可作为ODS钢的有效强化相，为聚变堆结构材料的设计与性能优化提供了新的思路与实验依据。
本研究工作得到了中国科学院国际伙伴计划等项目的资助。
图1纳米颗粒与基体的界面关系：(a-d) Ce4.67O13Si3纳米颗粒；(e-f) Pr4.67O13Si3纳米颗粒
图2强化理论和性能优势：(a) 屈服强度实测值与计算值对比；
(b) 与参考文献中回火9Cr-ODS钢性能比较
(b) 与参考文献中回火9Cr-ODS钢性能比较
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