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核安全所3D打印抗中子辐照钢研究取得新进展

文/图 翟玉涛

中科院核能安全技术研究所•FDS凤麟团队在3D打印中国抗中子辐照钢(简称“CLAM钢”)研究方面取得新进展。研究人员采用热等静压结合调质热处理方法,解决了3D打印材料中存在的微缺陷及各向异性问题,获得了高强韧性的3D打印CLAM钢,相关成果发表在国际核材料权威期刊Journal of Nuclear Materials上。

小型核能系统已成为国际核能发展的重要方向,而3D打印技术在制备小型化复杂构件方面具有独特优势,成为各国优先发展的核心技术。由于3D打印具有层积成型的特点,成型后的材料存在力学性能各向异性和较多微缺陷,强韧性是性能短板,对材料的服役安全性产生严重影响。

为解决这一问题,研究人员采用热等静压(HIP)结合调质热处理方法对3D打印的CLAM钢进行处理。结果表明,在HIP的1150℃高温及150MPa高压作用下,实现了3D打印材料各向异性的消除,以及熔合不良等微缺陷的塑性变形弥合。同时,结合调质热处理获得了回火马氏体组织,实现了材料强度和韧性的良好匹配。研究结果为3D打印高性能先进核能系统部件提供了重要的材料支撑和技术保障。

CLAM钢是FDS凤麟团队牵头研发的具有自主知识产权的中国抗中子辐照钢,可用于聚变堆、聚变裂变混合堆和裂变铅基堆等先进核能系统。此前,FDS凤麟团队已利用选区激光熔化技术实现了CLAM钢聚变堆包层第一壁样件的3D打印。本研究得到了国家重点基础研究发展计划、中国科学院百人计划、国家自然科学基金和安徽省自然科学基金等项目的资助。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311518309905

3D打印CLAM钢在不同方向拉伸性能及HIP与调质处理前后组织TEM图像

 

 
 
 日期:【2019-06-06】
 
 
 
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