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核结构材料用多主元合金辐照损伤的研究进展

研究开发成果转化市场应用三位一体--金属多孔材料国家重点实验室

材料工程 2024年第1期52卷 1-15页

作者：田震李聪聪吴渊吕昭平北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京 100083

开发具有优异综合性能的核反应堆结构材料是核能发展的基础,并且是长期以来制约核能推广的难点之一.多主元合金(multiprincipal element alloys,MEAs)因具有良好的抗辐照性能、力学性能而被认为是先进反应堆结构材料的候选材料,为新型... 详细信息

开发具有优异综合性能的核反应堆结构材料是核能发展的基础,并且是长期以来制约核能推广的难点之一.多主元合金(multiprincipal element alloys,MEAs)因具有良好的抗辐照性能、力学性能而被认为是先进反应堆结构材料的候选材料,为新型抗辐照材料的设计开辟了广阔空间.近年来,有关多主元合金在辐照损伤方面的研究多试图揭示多主元合金一些因素和特性对辐照过程中缺陷形成与演变的影响.例如:主元种类和数目、主元浓度、晶格畸变、化学短程序等.尽管现有的一些研究结果表明以上因素可以提高多主元合金抗辐照损伤能力,但是在不同辐照条件下,以上因素对多主元合金中缺陷形成和演变的影响机制存在较大差异,难以得出普适性的结论.本文围绕FCC和BCC系两类多主元合金的辐照肿胀、氦泡形成、辐照诱导元素偏析和相变、辐照硬化四方面内容,综述了近年来多主元合金在辐照损伤方面的研究进展,总结了多主元合金提高抗辐照性能的作用机制,并在此基础上对核电结构用多主元合金的未来研究方向做出了展望,包括短程序调控、高熵陶瓷、增材制造、高通量结合机器学习加速材料开发等.最后指出必须从合金成分设计的角度出发,基于材料服役的实际环境来设计新型抗辐照多主元合金.

关键词：多主元合金高熵合金核结构材料辐照损伤成分设计抗辐照机制

来源：博看期刊评论

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中国材料进展 2014年第9期33卷 636-637页

作者：汤慧萍金属多孔材料国家重点实验室

金属多孔材料国家重点实验室（以下简称实验室）是2007年由国家科技部批准筹建的首批企业国家重点实验室之一，2010年通过国家验收并正式运行。实验室依托西北有色金属研究院（集团），定位于高性能金属多孔材料及其核心技术的应用基础... 详细信息

金属多孔材料国家重点实验室（以下简称实验室）是2007年由国家科技部批准筹建的首批企业国家重点实验室之一，2010年通过国家验收并正式运行。实验室依托西北有色金属研究院（集团），定位于高性能金属多孔材料及其核心技术的应用基础研究，结合高素质人才培养、高层次学术交流与行业技术服务基地建设，提升实验室自主创新能力和产业国际竞争力。作为金属多孔材料领域惟一的国家级科研平台，先后参加了“粉末冶金技术创新战略联盟”、“特种分离膜产业技术创新联盟”、“陕西省3D打印技术产业创新联盟”等，多人受邀在国内外重要学术会议上做特邀报告。通过实行开放课题和客座教授制度，吸引了国内外高水平研究人员来实验室开展合作研究，并与澳大利亚昆士兰大学成功申请科技部国际合作项目。

关键词：国家重点实验室金属多孔材料三位一体成果转化研究开发应用西北有色金属研究院技术创新战略

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限域条件下氮分子的高温高压诱导聚合

物理学报 2024年第8期73卷 237-243页

作者：郭琳琳赵梓彤隋明宏王鹏刘冰冰吉林大学超硬材料国家重点实验室长春130012

聚合氮被认为是一种极具潜力的新型高能量密度材料,但是高温高压条件下合成的聚合氮结构往往具有较低热力学稳定性.限域策略有助于聚合氮高压结构的稳定,为氮聚合提供了新的调控途径.本文在氮化硼纳米管中限域分子氮,利用高压原位拉曼... 详细信息

聚合氮被认为是一种极具潜力的新型高能量密度材料,但是高温高压条件下合成的聚合氮结构往往具有较低热力学稳定性.限域策略有助于聚合氮高压结构的稳定,为氮聚合提供了新的调控途径.本文在氮化硼纳米管中限域分子氮,利用高压原位拉曼散射光谱表征技术研究不同含氮量限域体系的高压诱导氮聚合及聚合氮结构的卸压稳定性.研究表明,在高含氮量的体系中,限域到氮化硼纳米管内的N_(2)与非限域的N_(2)的拉曼特征振动峰表现出不同的拉曼光谱压力响应行为.在123 GPa压力下,利用激光加热诱导氮分子间聚合,生成cg-N聚合氮结构.卸压过程中,未被限域的cg-N在40 GPa左右发生爆炸性分解,分解产生的能量影响了限域cg-N的稳定性,使其同样发生分解.环境压力下限域N_(2)可能以液态形式稳定存在.在低含氮量限域体系中,高温高压下限域N2结晶生成了含有N=N双键的晶体结构,其中的N=N双键有两种长度,分别接近N_(3)阴离子及N_(4)^(+)团簇中N=N双键的键长.在卸压过程中这种结构可以稳定至25 GPa.

关键词：限域聚合氮高温高压

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宽能域γ成像探测器仿真设计及性能评价

中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 31-42页

作者：张济鹏马新华张斌肖雄李京伦雷文明赵玮艾宪芸国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205

康普顿成像是直观感知核辐射的探测技术之一,但因受限于探测器体积和成像事例的类型,能量范围通常为0.3~3 MeV,难以在对天然核素γ成像的基础上同时兼顾能量分布在3~7 MeV的瞬发γ成像应用.覆盖0.3~7 MeV范围的宽能域γ成像是扩展核辐... 详细信息

康普顿成像是直观感知核辐射的探测技术之一,但因受限于探测器体积和成像事例的类型,能量范围通常为0.3~3 MeV,难以在对天然核素γ成像的基础上同时兼顾能量分布在3~7 MeV的瞬发γ成像应用.覆盖0.3~7 MeV范围的宽能域γ成像是扩展核辐射探测与成像应用领域的重要发展方向之一,基于两次散射的三层探测器结构是一种极具潜力的实现方案,其中探测器的设计与构建是该方案的基础与关键核心.考虑系统成本和扩展灵活性等因素,本文选用硅光电倍增管(SiPM)阵列和钆镓铝石榴石(GAGG:Ce)阵列作为探测器材料.根据三层探测器的成像事例要求,分析每层探测器内的作用事例类型特征;并基于Geant4蒙特卡罗模拟平台构建包含材料光学参数的仿真模型,通过设置物理过程与两种信息提取方式,对比研究了不同几何参数情形下的探测器位置散点图和探测器内作用事例类型统计结果.根据仿真设计,制备了由像素数为15×15,像素大小为3.2 mm×3.2 mm,厚度分别为3和10 mm的GAGG阵列和1.25 mm厚度光导组成的两种规格SiPM探测器模块,并基于电子学读出系统评估了探测器模块的性能.结果表明, 3 mm厚度的散射探测器与10 mm厚度的吸收探测器均可清晰分辨15×15像素上的作用位置,平均峰谷比分别为9.77和11.85;全部像素的662 keV平均能量分辨率分别可达7.21%和8.35%,具有较好的位置与能量分辨能力.本文所建立的仿真模型,分析结果以及所研制的探测器模块,为三层探测器系统构建提供了重要依据,并为实现宽能域γ成像奠定了科学技术基础.

关键词：宽能域康普顿成像蒙特卡罗仿真 SiPM探测器闪烁体阵列

事故容错锆包壳表面FeCrAl合金涂层的研究进展

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材料导报 2024年第12期38卷 200-210页

作者：王亚恒左家栋王亚强张金钰吴凯刘刚孙军西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

日本福岛核事故暴露出了核燃料包壳锆合金在失水事故工况下的致命缺陷,即锆水反应,同时也引发了高安全事故容错燃料(ATF)包壳材料的研究热点。表面涂层技术是一种有效提升现役锆合金包壳事故容错能力的重要途径,其中FeCrAl合金涂层由于... 详细信息

日本福岛核事故暴露出了核燃料包壳锆合金在失水事故工况下的致命缺陷,即锆水反应,同时也引发了高安全事故容错燃料(ATF)包壳材料的研究热点。表面涂层技术是一种有效提升现役锆合金包壳事故容错能力的重要途径,其中FeCrAl合金涂层由于具有优异的抗高温氧化性能和高温力学性能,是极具发展潜力的ATF包壳涂层候选材料之一。本文主要综述了FeCrAl合金涂层的制备工艺、成分组织、服役性能(力学、氧化、腐蚀、辐照)及失效机制,并对锆合金包壳/FeCrAl涂层体系在工程应用中存在的问题和未来的发展方向进行了分析与展望。

关键词：锆合金包壳表面技术 FeCrAl涂层微观组织服役性能失效机制

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应力超声滚压表面强化机理和抗疲劳性能研究

机械工程学报 2024年第9期60卷 127-136页

作者：吴杰党嘉强李宇罡陈东安庆龙王浩伟陈明上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

从理论分析角度探讨了超声滚压与单轴拉伸弹性应力场耦合的基本原理,并通过有限元模拟和实验表征依次从数值仿真和实验角度对理论分析结果进行验证,从而发展了一种先进的表面机械强化新工艺—应力超声滚压,并将其成功应用于TiB_(2)/2024... 详细信息

从理论分析角度探讨了超声滚压与单轴拉伸弹性应力场耦合的基本原理,并通过有限元模拟和实验表征依次从数值仿真和实验角度对理论分析结果进行验证,从而发展了一种先进的表面机械强化新工艺—应力超声滚压,并将其成功应用于TiB_(2)/2024和TiB_(2)/7050铝基复合材料表面机械强化效果的增强和抗疲劳性能的提升。结果表明,相较于普通超声滚压,应力超声滚压对TiB_(2)/2024和TiB_(2)/7050铝基复合材料表层压缩残余应力峰值的提升可分别达到所施加单轴拉伸弹性应力水平的45%和70%,可将压缩残余应力影响层深度提升约100μm,从而将两种复合材料样品的疲劳极限在普通超声滚压强化的基础上分别进一步提升6%和5%。

关键词：应力超声滚压铝基复合材料有限元模拟实验表征疲劳

基于EBM增材制造CoNi基高温合金组织与力学性能

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航空材料学报 2024年第2期44卷 125-132页

作者：李龙飞喻遥闫春雷冯强北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

增材制造技术为发展高性能高温合金材料及部件提供了新的途径。本工作开发一种适于增材制造工艺条件的γ′相强化CoNi基高温合金,并结合电子束熔化(electron beam melting,EBM)技术的工艺参数优化,制备出无裂纹的合金块体材料。结果表明... 详细信息

增材制造技术为发展高性能高温合金材料及部件提供了新的途径。本工作开发一种适于增材制造工艺条件的γ′相强化CoNi基高温合金,并结合电子束熔化(electron beam melting,EBM)技术的工艺参数优化,制备出无裂纹的合金块体材料。结果表明:扫描速度为2000 mm/s时,合金孔隙率最低,约为0.14%;打印态CoNi基合金显微组织为沿方向生长的柱状晶粒,平均晶粒宽度约为235μm,γ′相体积分数约为30%;经过热等静压及固溶时效处理后,孔隙率进一步降低至约0.09%,柱状晶粒基本没有变化;γ′相的平均尺寸为(70±18)nm,体积分数为(32±3.6)%。室温拉伸实验结果表明,增材制造γʹ相强化CoNi基高温合金展示出优异的强塑性配合,展示出良好的工业应用前景。

关键词： CoNi基高温合金增材制造裂纹敏感性显微组织力学性能

连接温度对W/Ni/Kovar真空扩散连接接头界面结构及结合强度的影响

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材料导报 2024年第4期38卷 139-144页

作者：仵金玲刘思雨张彪魏智磊史忠旗西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

以Ni箔为中间层材料,采用真空扩散连接方法进行W与Kovar合金的连接,研究了连接温度对W/Ni/Kovar接头界面结构和剪切强度的影响。结果表明:在520~1000℃范围内,利用真空扩散连接工艺均可成功制备出W/Ni/Kovar接头样品。随着连接温度的升... 详细信息

以Ni箔为中间层材料,采用真空扩散连接方法进行W与Kovar合金的连接,研究了连接温度对W/Ni/Kovar接头界面结构和剪切强度的影响。结果表明:在520~1000℃范围内,利用真空扩散连接工艺均可成功制备出W/Ni/Kovar接头样品。随着连接温度的升高,Kovar/Ni界面与Ni/W界面的扩散层厚度逐渐增加,而接头剪切强度呈先上升后下降的趋势。当连接温度为800℃时,样品的接头剪切强度高达182 MPa,此时主要发生W块体的剪切断裂。

关键词：真空扩散焊剪切强度钨 Kovar合金中间层

高速低温喷涂气固作用行为及喷涂系统研究进展

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中国表面工程 2024年第2期37卷 101-114页

作者：马式跃刘梅军杨冠军李长久西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

高速低温喷涂是利用固相或含固相的低温粉末在高速度、高动能作用下碰撞基体表面沉积的喷涂方法,具有氧化轻微、结合牢固、组织致密、综合力学性能优异等潜在优势,在高性能金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造和零件损伤修复等领域... 详细信息

高速低温喷涂是利用固相或含固相的低温粉末在高速度、高动能作用下碰撞基体表面沉积的喷涂方法,具有氧化轻微、结合牢固、组织致密、综合力学性能优异等潜在优势,在高性能金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造和零件损伤修复等领域获得广泛关注。以粉末低温高速碰撞沉积过程为主线,凝练现有冷喷涂和低温超音速火焰喷涂两种具体工艺的共性特征,阐明喷涂气流与粉末颗粒的气固两相交互作用规律,分析出合理调控颗粒温度和速度是改善沉积体性能的关键。其次分析高速低温喷涂设备系统的构成,详细讨论各核心部件的结构设计策略及对气固流动行为的影响,总结出通过调整工艺参数与喷枪结构,可以实现颗粒温度和速度的按需控制。最后,对高速低温喷涂工艺及设备系统发展目前尚存的关键问题进行展望。总结如何通过喷涂参数与装置设计,最终达成调控沉积体性能的目的,有助于深入理解高速低温喷涂的沉积机理,对研制高性能的喷涂设备系统具有参考意义。

关键词：高速低温喷涂固相冷喷涂低温超音速火焰喷涂设备系统