【信息技术奋发向上】武大信息技术人员辨认出

发布时间:2024-06-21 16:46 作者: j9九游会首页入口 字号:

  人造太阳-聚变能是人类未来能源的毁灭者解决方案。钨(W)因其具有高熔点、低温强度、高热传导率、低氢(H/D/T)滞留率和抗紫外光损伤等优异的性能,被誉为面向等离子体第三壁的最差候选材料。不过,过渡合金钨的低温延展性差、韧脆变革环境温度高,极大地限制了钨的加工和应用。如何克服钨的低温塑性成为以钨为代表的NiS合金科学研究领域的关键性科学难题之一。为此,各国科学研究者在钨的低温SE9方面开展了一系列的科学研究工作。长期以来,大批的分析表明结果表明,铼(Re)钛化可以改变螺形变的二维核心内部结构,进而推动螺形变双扭折梅恩县,提升螺形变的侧向潜能,最后可明显改善W的形变潜能,实现W的低温韧化。因此,Re被认为是提升W形变潜能并减少其韧脆变革环境温度的最差钛原素。在大批的试验科学研究中,报道的“Re负面效应”通常与金属加工(低温合金钢等)引入的初始形变、层片内部结构、孔隙细化等不利因素混淆在一起,无法澄清单一不利因素(Re钛化)对W形变潜能的影响。因此,Re钛化能否实现低温SE9、减少W的韧脆变革环境温度,一直缺乏控制系统的科学研究和关键性的试验证据。

  近日,上海交通大学材料学院韩卫忠副教授团队透过冲杆试验(Zhang YH, et al. Acta Materialia 220 (2021) 117332),对熔解态的W-Re钛进行了控制系统科学研究,阐明了其韧脆变革的关键性瑕疵机制,并阐明了低浓度(≤10 wt.%)的Re钛化并不能有效减少W的韧脆变革环境温度。科学研究人员辨认出Re钛化引起的非常有限韧化仅出现在较窄的低温区间(50°C~200°C)。低温(≥300°C)形变时,W-Re钛的塑性形变潜能明显减少,最后引致钛低温延展性上升、韧脆变革环境温度增高。而且Re浓度越高,W-Re钛的韧脆变革环境温度越高(如图1所示)。透过表面形变无腺的表观辨认出,相比于纯W的沿晶开裂,Re钛化推动了更多的形变行为,进而减少了W-Re钛的低温延展性,但这一明显改善非常非常有限。此外,当形变环境温度增高到300°C时,W-Re钛中还出现了大批的形变交侧向现象。随着Re浓度的减少,交侧向程度越来越剧烈(如图2所示)。有趣的是,虽然W-Re钛在低温下出现了大批的形变交侧向,但其形变潜能和延展性反而转差了。

  透过进一步的瑕疵表观辨认出,随着环境温度增高,形变增殖潜能的突然减少使得纯W出现了脆韧变革(Lu Y, et al. PNAS118 (2021) e2110596118,Zhang YH, et al. JMST 141 (2023) 193–198)。不过,钛化后,Re原素在低温下推动了螺形变的局部交侧向,进而产生了横跨多个侧向面(二维内部结构)的超割阶和形变环。这些瑕疵内部结构的表面积和分布不仅和Re原素的浓度有关,而且还表现出明显的环境温度依赖性:Re浓度和形变环境温度越高,瑕疵的表面积越高(如图3所示)。

  高表面积的二维不可动瑕疵(超割阶和形变环)强烈地阻碍了形变的运动,最后引致W-Re钛低温形变潜能上升、韧脆变革环境温度增高。

  有关工作以《阐明钨中的铼负面效应》(“Unveiling the Intrinsic Rhenium Effect in Tungsten”)大篇幅发表在Acta Materialia264 (2024) 119586。上海交通大学材料学院研究生张雨衡为学术论文第三译者,韩卫忠副教授为学术论文通讯译者,合译者包括默兹副教授和张俊院士。该工作得到了科技部优青工程项目和面上工程项目的共同资助。