近日，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊基于前期研發的共格析出強化的超高強度鋼，發現新的抗輻照損傷機制，該研究對開發先進抗輻照結構材料具有重要意義并成功應用于新型多主元合金體系。國際著名學術刊物Nature Materials于2022年5月30日以“Superiorradiation tolerance via reversible disordering–ordering transition of coherentsuperlattices”為題報道了這一研究進展。
創辦于2002年9月的Nature Materials是材料及其相關領域的頂級學術期刊，在自然科學尤其是材料科學領域具有很大的學術影響力。
圖1. 具有優異的耐輻照性能和力學性能的超高強度鋼
先進核能被認為是解決人類未來能源需求的終極方案，然而目前以ODS鋼為代表的耐輻照金屬結構材料在高劑量輻照后仍面臨著增強相失穩和抗輻照性能惡化的困境。嚴苛的輻照服役環境和高安全性需求，使得開發具有優異高溫強度、高強韌、抗高劑量輻照性能和抗蠕變性能的先進金屬結構材料成為制約未來核能發展的重大挑戰之一。
圖2. 離子輻照下超晶格鋼的顯微組織演化
針對此問題，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊與北京大學付恩剛教授團隊合作發現，在前期自主研發納米共格析出馬氏體時效超高強度鋼中，其小尺寸超高密度共格有序析出相極易被輻照溶解，但在高溫（400-600 °C）輻照下因其極低的相變勢壘和短程溶質重排主導的動力學行為而發生原位動態有序-無序轉變。這種局域相變在限制溶質和點缺陷長程擴散的同時，通過增強溶質和缺陷的局域重組，持續湮滅輻照缺陷并穩定高密度析出相，使得該新型超高強度鋼在超高劑量離子輻照（>2000 dpa）后無空洞腫脹和輻照硬化發生，從而表現出極為優異的耐輻照性能和力學性能，這一新的抗輻照機制不同與以往借助錯配界面吸收缺陷所導致的低穩定性，使得材料的抗輻照性能幾乎不受輻照劑量影響，為研發耐強輻照、高強韌結構材料提供了新的思路。
論文的共同通訊作者為北京科技大學呂昭平教授和北京大學付恩鋼教授，第一作者為北京大學杜進隆博士、北京科技大學蔣雖合研究員和曹培培博士研究生，北京科技大學吳淵研究員為共同作者。該研究得到國家自然科學基金委員會的持續資助。
