W-Re合金韌脆轉變的關鍵缺陷機理

西安交通大學材料學院韓衛(wèi)忠教授團隊近期開展沖桿實驗，全面探究再結晶狀態(tài)下的W-Re合金，深入了解其韌脆轉變背后的微觀機制。此項研究或對未來能源技術發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。

“人造太陽”——核聚變能源是未來人類尋找可持續(xù)性能源的最理想方案。其中，鎢（W）憑借其超強耐高溫、高導熱性以及抗輻射損傷等特性，被公認為面向等離子體第一壁的最優(yōu)材料選擇。然而，鎢在低溫和加工方面存在較大問題，因低溫環(huán)境下其韌性欠佳且易發(fā)生韌脆轉變，導致端部缺陷增多，嚴重制約了其應用空間。因此，如何改善鎢的低溫脆性已成為該領域亟待破解的關鍵科學難題。

業(yè)界普遍認同的觀點是，錸（Re）合金化能夠改變螺位錯的三維核心結構，激發(fā)螺位錯雙扭折形核，提升其滑移能力，從而改善鎢的變形性能，實現(xiàn)低溫韌性增強。雖然這種方法已在理論上得到驗證，但是實際過程中還需要面對諸如初始位錯、層片結構、晶粒細化等諸多復雜因素，因此需進一步明確Re合金化在改善鎢加工性能中的具體作用。

韓衛(wèi)忠團隊在其深度研究中揭露，當Re比例低于10%時，合金化并不能顯著降低W的韌脆轉變溫度，同時也無法帶來預期的韌性表現(xiàn)。高溫條件導致W-Re的塑性變形能力大幅度下降，從而使合金高溫韌性降低、韌脆轉變溫度上升。值得注意的是，當Re含量增加時，W-Re合金的韌脆轉變溫度會隨之攀升。在變形形貌分析中，相較于純鎢的沿晶開裂現(xiàn)象，Re合金化引發(fā)的更多位錯行為雖可改善W-Re合金的低溫韌性，但這種改善效果十分有限。