近日，由原子能院反應(yīng)堆工程技術(shù)研究所承研的“抗輻照耐腐蝕高熵合金基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目順利通過(guò)技術(shù)驗(yàn)收。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)未來(lái)先進(jìn)核能系統(tǒng)對(duì)材料的更高要求，研制出了適用于不同堆型需求的新型高熵合金材料，并完成了各項(xiàng)使役性能研究，打通了包括模擬計(jì)算、材料制備和性能評(píng)測(cè)在內(nèi)的全流程高熵合金材料研發(fā)技術(shù)路線，探明了高熵合金材料抗輻照耐腐蝕的機(jī)理，為新一代壓水堆及其它特殊堆用關(guān)鍵部件的候選材料提供了理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持。

高熵合金材料采用多主元元素的設(shè)計(jì)理念，在成分設(shè)計(jì)上突破了傳統(tǒng)合金設(shè)計(jì)理念，使材料在具備優(yōu)秀的力學(xué)性能的同時(shí)，展現(xiàn)出良好的耐腐蝕、抗輻照性能，有望成為新一代壓水堆、鈉冷快堆、鉛鉍快堆、聚變堆等堆型核心構(gòu)件的備選材料。對(duì)此，原子能院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用模擬計(jì)算方法，在重離子輻照考驗(yàn)的環(huán)境下開展了高熵合金材料輻照機(jī)理研究，通過(guò)構(gòu)建不同高熵合金材料的多元?jiǎng)莺瘮?shù)，明確了多主元效應(yīng)影響輻照缺陷演化的機(jī)理。

高熵合金項(xiàng)目相關(guān)研究工作

針對(duì)不同先進(jìn)堆型的需求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制出了具有針對(duì)性的高熵合金材料。本次項(xiàng)目成果包括適用于高溫氣體冷卻、具有耐高溫輻照特性的TiVTa(鈦釩鉭)系列新型難熔高熵合金;適用于新一代壓水堆的耐事故燃料元件包殼AlCrNbSiTi(鋁鉻鈮硅鈦)高熵合金的涂層;適用于鉛鉍快堆燃料元件包殼材料的NbMoTaW(鈮鉬鉭鎢)和TaWVCr(鉭鎢釩鉻)兩類高熵合金的涂層，其在低氧含量的鉛鉍合金中表現(xiàn)出優(yōu)秀的耐鉛鉍腐蝕特性，為鉛鉍快堆冷卻劑實(shí)現(xiàn)工程化的單向氧控打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目隸屬原子能院長(zhǎng)期基礎(chǔ)研究專項(xiàng)。未來(lái)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步完成高熵合金材料的工藝優(yōu)化定型、輻照腐蝕研究等工作，努力實(shí)現(xiàn)高熵合金材料在堆內(nèi)的工業(yè)化應(yīng)用。

科普小貼士：

熵是物理學(xué)中非常重要的概念，表示一個(gè)體系內(nèi)的混亂程度，越混亂熵就越高，越有秩序熵就越低。在自然界中，一切孤立的系統(tǒng)都會(huì)向熵增大的趨勢(shì)發(fā)展。在普通的合金中，原子排列得十分整齊，整個(gè)金屬就像由無(wú)數(shù)相同的原子陣列組成，熵值較低。

高熵合金則顧名思義，內(nèi)部的熵值較高，微觀結(jié)構(gòu)十分混亂，原子排布隨機(jī)、無(wú)序，原子陣列的排布方式和結(jié)構(gòu)各不相同。正是這樣無(wú)序的結(jié)構(gòu)使高熵合金擁有了文中所提到的各種良好特性。

普通金屬與高熵合金結(jié)構(gòu)的對(duì)比示意圖(圖源網(wǎng)絡(luò))