核聚变堆用钨表面超精密抛光的研究现状与趋势

钨作为未来核聚变堆中最有前景的面向等离子体材料,在反应堆工况下将承受高能粒子的辐照冲击。表面质量的好坏会直接影响材料的氢/氦滞留行为和辐照损伤程度,进而影响聚变堆的安全性和可靠性。现阶段,针对钨的抗辐照改性研究主要着眼于材料的成分、结构和组织设计,关于机械加工对材料表面抗辐照改性的研究甚少。文章聚焦前沿科学问题,从机械加工角度分析核材料领域科学问题,结合国内外相关研究成果及核聚变堆用钨(PFM-W)的机械加工现状,阐述了PFM-W表面超精密抛光的必要性。通过对比不同抛光方法,提出了磁流变抛光和力流变抛光是较为适合PFM-W表面超精密加工的观点,并对未来PFM-W表面超精密抛光研究趋势进行了分析,重点在抛光方法的探索以及抛光后材料表面质量对抗辐照性能影响的研究。     

烧结钕铁硼磁体表面CeO2/硅烷复合涂层的制备及其耐蚀性能

采用浸涂方式在烧结钕铁硼磁体表面制备CeO2/硅烷复合涂层,研究了硅烷水溶液中纳米CeO2颗粒掺杂量对复合涂层性能的影响,通过扫描电镜、能谱分析仪、动电位极化曲线及中性盐雾试验对所制备的CeO2/硅烷复合涂层的形貌、元素分布以及耐腐蚀性能进行分析。结果表明:纳米CeO2颗粒的添加增强了涂层的硬度,提高了硅烷涂层的屏蔽性能,延长了腐蚀溶液渗入硅烷涂层的腐蚀通道,复合涂层耐中性盐雾试验能力可达24 h。但由于纳米颗粒只是机械的镶嵌到复合涂层中,不会改变硅烷涂层在固化过程中醇基之间脱水缩合反应的本质,在NaCl溶液中,复合涂层依然会形成高低不同的交联密度区,CeO2/硅烷复合涂层失效的主要原因依然是在交联密度低的区域首先水解溶解导致的。     

钨与异种材料连接的研究进展

钨及其合金是制造各类电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物不可或缺的材料,它与异种材料钢、铜等连接形成新构件能够满足不同工作条件对材质的不同要求并发挥不同材料的性能优势,因此,实现钨/钢、钨/铜等异质材料高质量、高可靠连接,对于拓展钨及其合金在冶金、国防、电子、核电等领域的应用具有重要意义。但是,钨与钢、铜等的互溶性有限、物理化学性能差异较大,导致焊接性差。本文综述了国内外关于钨/钢及钨/铜连接技术的研究现状,并展望了钨与异种材料连接的技术方向和发展前景。     

低能高通量氦离子辐照下W28Ta28V28Zr8Sc8高熵合金损伤行为研究

采用放电等离子烧结技术制备了W₂₈Ta₂₈V₂₈Zr₈Sc₈高熵合金,研究了高熵合金在低能量、高通量氦离子辐照下的损伤行为。结果表明,在相同He离子辐照参数下,高熵合金表现出比纯W更优异的抗辐照损伤性能。不同He离子能量条件下,高熵合金中出现严重Fuzz结构时的He离子能量阈值远高于纯W。在相同辐照参数下,高熵合金有着明显小于纯W的Fuzz层厚度。W₂₈Ta₂₈V₂₈Zr₈Sc₈高熵合金中不同相区在辐照后表现出不同的表面形貌特点,这与构成相区主要元素的He离子辐照行为有关。通过设计高熵合金的显微组织,可以获得优良的抗辐照材料。     

面向等离子体W材料改善韧性的方法与机制

目的: 探讨胰岛素样生长因子1（IGF-1）基因多态性与抗高血压药物治疗后血压水平的关联性。方法: 运用流行病学现况调查方法,收集服用复方利血平、降压片和珍菊降压片的780例高血压患者的一般临床特征并测量其血压和临床生化指标。选择IGF-1基因的5个标签位点,采用TaqMan技术进行基因分型。采用协方差分析及分层分析对其基因多态性与药物治疗后血压水平的关系进行评价。结果: 在服用降压片的高血压病人中,rs6219位点不同基因型之间舒张压水平差异有统计学意义（P=0.01）。在服用复方利血平的高血压病人中,rs5742612和rs6218位点不同基因型之间收缩压水平差异有统计学意义（P值分别为0.04、0.017）。在服用珍菊降压片的高血压患者中,rs6218位点不同基因型之间舒张压水平及rs6219位点不同基因型之间收缩压水平差异均有关联（P值分别为0.017、0.033）。进一步分层分析发现,服用降压片的患者中,随着rs35767位点遗传变异女性收缩压的水平呈线性下降,而男性舒张压水平呈线性上升,校正混杂因素后P值分别为0.028、0.038。结论: IGF-1基因多态性与复方利血平、降压片和珍菊降压片三种抗高血压药物治疗后血压水平均有显著相关,提示IGF-1基因可能是高血压重要的药物疗效生物标记。     

高压扭转变形对纯W再结晶行为的影响

在较低温度条件下完成了难熔金属烧结纯W高压扭转实验,通过改变扭转圈数,利用EBSD、XRD、DSC等多种检测与计算方法分析了高压扭转变形纯W在后续加热过程中再结晶组织及行为的变化。结果表明:高压扭转变形后,纯钨组织的形变储存能增大,激活能降低,但变形后组织的再结晶温度仍处于高值。DSC测试后,原始烧结组织发生明显的晶粒长大情况,而由高压扭转法(HPT)变形产生的细晶钨再结晶组织仍较为细小,平均晶粒尺寸为4～6μm,且随着扭转圈数增大晶粒尺寸未发生明显变化,变形组织的热稳定性较好。     

钴基合金/TiN陶瓷复合硬面涂层的制备及性能

在316L不锈钢基体表面分别采用等离子喷焊和离子镀膜技术制备了钴基合金/TiN陶瓷复合涂层,对复合涂层的成分、结构、表面硬度及高温抗水蒸汽氧化性能进行了表征和分析。结果表明:该复合涂层利用氮化钛陶瓷层的超高硬度解决了钴基合金耐磨性不足的弱点,而钴基合金涂层对陶瓷层形成了良好的支撑,涂层的硬度呈梯度分布;同时TiN陶瓷涂层显示出优异的高温抗水蒸汽侵蚀能力,对提高球阀的使用寿命具有很高的实用意义。     

高硅SiCp/Al复合材料的表面敏化

高硅SiCp/Al复合材料化学镀镍是其表面金属化的关键步骤,化学镀前的敏化工艺易造成该复合材料表面Al合金的过度腐蚀,形成腐蚀孔洞缺陷,金属化后的试样表面粗糙度增加,并对后续的钎焊工艺产生不利影响。本文采用SnCl2+HCl溶液对高硅SiCp/Al复合材料进行敏化处理,研究了敏化时间和敏化液浓度对试样表面质量的影响。结果表明,敏化0.5min后试样表面Al合金腐蚀程度小,沉积的Sn(OH)2颗粒数量少。敏化1.5min以上,试样表面Sn(OH)2颗粒数量多,但Al合金完全腐蚀,留下大而深的腐蚀孔洞;降低敏化液浓度也不能明显提高敏化试样的表面质量。敏化1.0min后,试样表面Al合金连续分布,无大而深的腐蚀孔洞,Sn(OH)2颗粒数量适中。经过1min敏化的高硅SiCp/Al复合材料试样表面化学镀层质量良好。     

SiC粒径比及体积比对SiCp/Al-5Si-2.5Mg复合材料组织及性能影响

采用放电等离子烧结技术制备60 vol%SiCp/Al-5Si-2.5Mg复合材料,研究SiC粒径比及粗/细体积比对复合材料微观组织、热导率和抗弯强度的影响。结果表明:随着细SiC粒径减小,其抗弯强度增加、热导率降低;同时,随着细SiC体积分数增加,其抗弯强度增加、热导率先升高后下降;当复合材料中SiC粒径比为76/16、体积比为3∶1时,热导率、平均热膨胀系数(100~400℃)、抗弯强度分别为214 W/(m·K)、9.8×10~(-6)K~(-1)和309 MPa,其断裂方式以SiC解理断裂和基体的韧性断裂为主。     

Sc对Al-Si-Mg-Cu-Ti合金铸态组织和力学性能的影响

借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、布氏硬度计和万能试验机,试验研究了Sc对Al-3.0Si-0.45Mg-0.45Cu-0.15Ti合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,在试验合金中添加稀土元素Sc,使合金在凝固过程中析出Al3(Sc,Ti)初生相,初生相与α(Al)基体共格,符合点阵匹配原理,成为有效的非均质晶核,可显著细化合金的铸态组织。随着Sc含量(w(Sc)0~0.56%)的增加,合金的铸态组织由粗大的树枝晶变为细小的等轴晶,合金的硬度、抗拉强度和伸长率也随着Sc含量的增加而升高。时效过程中析出的Al3(Sc,Ti)沉淀相密度高,细小弥散,具有钉扎位错,稳定亚结构,阻碍亚晶长大及晶界迁移的作用。