付恩刚课题组在《Journal of Alloys and Compounds》上发表论文
发布时间：2023-02-03 09:08:20
来源：北京大学核技术应用实验室
付恩刚课题组在《Journal of Alloys and Compounds》上发表论文报道掺杂Zr和ZrC的FeCrAl铁素体不锈钢的抗辐照性能研究进展
FeCrAl不锈钢由于其优异的耐腐蚀性、抗应力腐蚀开裂、以及抗高温氧化性，被列为新一代反应堆的候选包壳结构材料之一。为了满足核应用的要求，需要测试和优化其在工作温度（约250-350°C）下的抗辐照性能。近日，付恩刚教授课题组与其合作者设计并研究了一种同时掺杂纳米ZrC和Zr元素的新型FeCrAl合金及其高温下的抗辐照性能，并着重探究了合金中纳米析出颗粒的辐照响应情况。研究表明，设计出的原始合金中除了预先添加的ZrC颗粒以外，还含有高密度的共格Al-O的纳米析出相，该种Al-O析出相在高温Au离子辐照下会发生不可逆的回溶现象，但是当合金中具有一定含量的Zr元素时，会将Al-O析出颗粒转变为Al-Zr-O析出，这种转变将会在不改变其共格性、尺寸与密度的情况下，从热力学与动力学上同时提高纳米析出颗粒在高温辐照下的稳定性。该工作为FeCrAl包壳材料的辐照测试提供了相关实验数据，对于ODS-FeCrAl及相关纳米颗粒增强合金的设计与研发提供重要指导思路。
相关研究已发表于《Journal of Alloys and Compounds》(Microstructure and radiation stability of nano-dispersoids in particle-reinforced FeCrAl alloys with different Zr concentrations)。
(资料图片仅供参考)
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166625
该论文的第一作者为北京大学物理学院申尚昆博士；通讯作者为北京大学物理学院付恩刚教授、中国核动力研究设计院王辉研究员、以及山东大学物理学院刘鹏教授。该工作得到了国家自然科学基金，国家磁约束核聚变能发展研究专项和北京大学核技术应用实验室的大力支持。
图文研究结果
图1：原始FeCrAl样品的 (a)和(d) TEM; (b) STEM-BF; (c) STEM-HAADF图片；(e) EDS能谱结果；(f) 材料微观结构示意图。
辐照前表征结果
图2：(a) 0.5Zr合金的高分辨STEM-HAADF图片；(b) EDS结果。
辐照前表征结果
图3：(a) 和 (b) Al-O共格析出颗粒的高分辨图片与对应的FFT；(c) 和 (d) 非共格碳化物的高分辨图片与对应的FFT。
辐照前表征结果
图4：辐照后 (a) 和 (c): 0Zr样品; (b) 和 (d): 0.5Zr样品的TEM图片。
辐照后表征结果
图5：辐照后的 (a) 共格析出颗粒与 (b) 非共格析出颗粒；以及对应的GPA应力计算分布图（εxy应力场）。
辐照后表征结果
图6：(a) 和 (b): 辐照后0Zr和0.5Zr样品的截面HAADF图片，表明析出相在辐照区域消失；(c) 和 (d) 两种样品辐照区域纳米析出颗粒的尺寸与密度随深度变化的统计结果；(e) 辐照的SRIM模拟结果。
辐照后表征结果
图7：(a) Al-Zr-O共格析出颗粒的高分辨HAADF图片；(b) 和 (c) 分别为基体处与析出相处的晶格高分辨图片；(d) 对应的EDS结果；(e) 辐照前后共格与非共格析出相的尺寸密度及其占比的统计结果。
辐照后表征结果
北京大学核技术应用实验室
文稿：申尚昆
编辑：申尚昆，郝立宇
审核：付恩刚
