近日，由原子能院反應堆工程技術研究所承研的“抗輻照耐腐蝕高熵合金基礎研究”項目順利通過技術驗收。項目團隊瞄準未來先進核能系統(tǒng)對材料的更高要求，研制出了適用于不同堆型需求的新型高熵合金材料，并完成了各項使役性能研究，打通了包括模擬計算、材料制備和性能評測在內(nèi)的全流程高熵合金材料研發(fā)技術路線，探明了高熵合金材料抗輻照耐腐蝕的機理，為新一代壓水堆及其它特殊堆用關鍵部件的候選材料提供了理論指導和數(shù)據(jù)支持。

高熵合金材料采用多主元元素的設計理念，在成分設計上突破了傳統(tǒng)合金設計理念，使材料在具備優(yōu)秀的力學性能的同時，展現(xiàn)出良好的耐腐蝕、抗輻照性能，有望成為新一代壓水堆、鈉冷快堆、鉛鉍快堆、聚變堆等堆型核心構(gòu)件的備選材料。對此，原子能院項目團隊采用模擬計算方法，在重離子輻照考驗的環(huán)境下開展了高熵合金材料輻照機理研究，通過構(gòu)建不同高熵合金材料的多元勢函數(shù)，明確了多主元效應影響輻照缺陷演化的機理。

高熵合金項目相關研究工作

針對不同先進堆型的需求，項目團隊研制出了具有針對性的高熵合金材料。本次項目成果包括適用于高溫氣體冷卻、具有耐高溫輻照特性的TiVTa(鈦釩鉭)系列新型難熔高熵合金;適用于新一代壓水堆的耐事故燃料元件包殼AlCrNbSiTi(鋁鉻鈮硅鈦)高熵合金的涂層;適用于鉛鉍快堆燃料元件包殼材料的NbMoTaW(鈮鉬鉭鎢)和TaWVCr(鉭鎢釩鉻)兩類高熵合金的涂層，其在低氧含量的鉛鉍合金中表現(xiàn)出優(yōu)秀的耐鉛鉍腐蝕特性，為鉛鉍快堆冷卻劑實現(xiàn)工程化的單向氧控打下了堅實基礎。

該項目隸屬原子能院長期基礎研究專項。未來，項目團隊將進一步完成高熵合金材料的工藝優(yōu)化定型、輻照腐蝕研究等工作，努力實現(xiàn)高熵合金材料在堆內(nèi)的工業(yè)化應用。

科普小貼士：

熵是物理學中非常重要的概念，表示一個體系內(nèi)的混亂程度，越混亂熵就越高，越有秩序熵就越低。在自然界中，一切孤立的系統(tǒng)都會向熵增大的趨勢發(fā)展。在普通的合金中，原子排列得十分整齊，整個金屬就像由無數(shù)相同的原子陣列組成，熵值較低。

高熵合金則顧名思義，內(nèi)部的熵值較高，微觀結(jié)構(gòu)十分混亂，原子排布隨機、無序，原子陣列的排布方式和結(jié)構(gòu)各不相同。正是這樣無序的結(jié)構(gòu)使高熵合金擁有了文中所提到的各種良好特性。

普通金屬與高熵合金結(jié)構(gòu)的對比示意圖(圖源網(wǎng)絡)