鎢基高熵合金有望爲核聚變領域應用增添新活力

近日，中國工程物理研究院材料研究所黃河副教授團隊表示，相對其他合金和傳統的金屬鎢來說，鎢基高熵合金更適合應用于核聚變領域中。該高熵合金的發現爲開發聚變堆用結構材料提供了新思路。

聚變堆運行過程中的極端條件如高熱載荷和大量的高能量粒子，要求了材料在高溫下不僅要有較高的强度和塑性，還要有優异的抗輻照性能。由于傳統的金屬鎢及其合金未能滿足上述的要求，所以加快了鎢基高熵合金的出現。

所謂的高熵合金是指一種由五種或五種以上等量或大約等量金屬組成的合金。與傳統合金相比，其具有更高的比强度和抗斷裂能力、更好的抗腐蝕及抗氧化特性。而鎢基高熵合金就是一種以金屬鎢爲主要原料的高熵合金。

與傳統合金類似，鎢基高熵合金强度和塑性同時提升的機制有固溶强化、晶粒細化、間隙强化、第二相强化、孿晶誘導塑性、相變誘導塑性、共晶組織和熱處理。與傳統合金不同的是，上述效應在高熵合金中表現更爲明顯。

實驗表明，WTaCrV高熵合金薄膜具有優异的力學性能和抗輻照性能，該合金即使在8dpa的輻照下，也未發現輻照位錯環。另外，納米壓痕硬度測試表明，輻照前後也未出現輻照硬化。

鎢基高熵合金雖然能克服核聚變領域的惡劣環境，但仍存在幾個問題尚待解决：（1）爲了突破傳統試錯式“炒菜”方法的局限，快速準確的獲取新型高性能高熵合金體系，需要發展基于數據挖掘多目標優化的高通量設計方法；（2）該高熵合金由于聲子與缺陷的强相互作用，熱導率也較低，這對材料在聚變堆極端環境下的應用極爲不利。

未來，在上述問題得以解决的基礎上，鎢基高熵合金有望爲核能聚變工程應用增添新的活力。

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