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适用不同堆型需求！原子能院成功研制出新型高熵合金材料

来源：中国原子能科学研究院时间：2023-03-15 14:59:58

【资料图】

近日，由原子能院反应堆工程技术研究所承研的“抗辐照耐腐蚀高熵合金基础研究”项目顺利通过技术验收。项目团队瞄准未来先进核能系统对材料的更高要求，研制出了适用于不同堆型需求的新型高熵合金材料，并完成了各项使役性能研究，打通了包括模拟计算、材料制备和性能评测在内的全流程高熵合金材料研发技术路线，探明了高熵合金材料抗辐照耐腐蚀的机理，为新一代压水堆及其它特殊堆用关键部件的候选材料提供了理论指导和数据支持。

高熵合金材料采用多主元元素的设计理念，在成分设计上突破了传统合金设计理念，使材料在具备优秀的力学性能的同时，展现出良好的耐腐蚀、抗辐照性能，有望成为新一代压水堆、钠冷快堆、铅铋快堆、聚变堆等堆型核心构件的备选材料。对此，原子能院项目团队采用模拟计算方法，在重离子辐照考验的环境下开展了高熵合金材料辐照机理研究，通过构建不同高熵合金材料的多元势函数，明确了多主元效应影响辐照缺陷演化的机理。

高熵合金项目相关研究工作

针对不同先进堆型的需求，项目团队研制出了具有针对性的高熵合金材料。本次项目成果包括适用于高温气体冷却、具有耐高温辐照特性的TiVTa(钛钒钽)系列新型难熔高熵合金;适用于新一代压水堆的耐事故燃料元件包壳AlCrNbSiTi(铝铬铌硅钛)高熵合金的涂层;适用于铅铋快堆燃料元件包壳材料的NbMoTaW(铌钼钽钨)和TaWVCr(钽钨钒铬)两类高熵合金的涂层，其在低氧含量的铅铋合金中表现出优秀的耐铅铋腐蚀特性，为铅铋快堆冷却剂实现工程化的单向氧控打下了坚实基础。

该项目隶属原子能院长期基础研究专项。未来，项目团队将进一步完成高熵合金材料的工艺优化定型、辐照腐蚀研究等工作，努力实现高熵合金材料在堆内的工业化应用。

科普小贴士：

熵是物理学中非常重要的概念，表示一个体系内的混乱程度，越混乱熵就越高，越有秩序熵就越低。在自然界中，一切孤立的系统都会向熵增大的趋势发展。在普通的合金中，原子排列得十分整齐，整个金属就像由无数相同的原子阵列组成，熵值较低。

高熵合金则顾名思义，内部的熵值较高，微观结构十分混乱，原子排布随机、无序，原子阵列的排布方式和结构各不相同。正是这样无序的结构使高熵合金拥有了文中所提到的各种良好特性。

普通金属与高熵合金结构的对比示意图(图源网络)

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