合肥研究院3D打印抗中子輻照鋼研究取得新進(jìn)展

來源：中科院

近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院核能安全技術(shù)研究所在3D打印中國抗中子輻照鋼(簡稱“CLAM鋼”)研究方面取得新進(jìn)展。研究人員采用熱等靜壓結(jié)合調(diào)質(zhì)熱處理方法，解決了3D打印材料中存在的微缺陷及各向異性問題，獲得了高強(qiáng)韌性的3D打印CLAM鋼，相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊Journal of Nuclear Materials上。

3D打印技術(shù)在制備小型化復(fù)雜構(gòu)件方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。CLAM鋼是核能安全所團(tuán)隊牽頭研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國抗中子輻照鋼，可用于聚變堆、聚變裂變混合堆和裂變鉛基堆等先進(jìn)核能系統(tǒng)。此前，核能安全所團(tuán)隊已利用選區(qū)激光熔化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了CLAM鋼聚變堆包層第一壁樣件的3D打印。但由于3D打印具有層積成型的特點(diǎn)，成型后的材料存在力學(xué)性能各向異性以及較多微缺陷，強(qiáng)韌性是性能短板，可對材料的服役安全性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3D打印CLAM鋼在不同方向拉伸性能及HIP與調(diào)質(zhì)處理前后組織TEM圖像

為解決這一問題，研究人員采用熱等靜壓(HIP)結(jié)合調(diào)質(zhì)熱處理方法對3D打印的CLAM鋼進(jìn)行處理。結(jié)果表明，在HIP的1150℃高溫及150MPa高壓作用下，實(shí)現(xiàn)了3D打印材料各向異性的消除，以及熔合不良等微缺陷的塑性變形彌合。同時，結(jié)合調(diào)質(zhì)熱處理獲得了回火馬氏體組織，實(shí)現(xiàn)了材料強(qiáng)度和韌性的良好匹配。研究結(jié)果為3D打印高性能部件提供了重要的材料支撐和技術(shù)保障。

該研究得到國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、中科院百人計劃、國家自然科學(xué)基金和安徽省自然科學(xué)基金等的資助。