Аддитивно изготовленный тугоплавкий сплав CrMoTaTiV демонстрирует превосходную радиационную стойкость

Опубликованное 31 июля материаловедческое исследование показывает, что исследовательская группа применила технологию лазерной порошковой направленной энергетической подачи (LP-DED) для изготовления нового тугоплавкого сложнокомпонентного сплава Cr₁₀Mo₂₅Ta₂₅Ti₁₅V₂₅ и провела систематическую оценку его структурной стабильности и механических свойств в условиях облучения. Исследование направлено на удовлетворение потребностей в высокотемпературных конструкционных материалах, устойчивых к интенсивному облучению, для ядерных установок следующего поколения на основе деления и синтеза.

В ходе исследования образцы подвергались облучению ионами Fe²⁺ с энергией 3,5 МэВ в Лаборатории ионно-лучевых материалов Лос-Аламосской национальной лаборатории США при температурах облучения комнатной температуре и 650°C, с локальными дозами примерно 1,8, 6 и 18 сна. Анализ микроструктуры показал, что сплав преимущественно состоит из дендритной объемно-центрированной кубической (ОЦК) матрицы, при этом междендритные области обогащены Cr, V и Ti, а также содержит вторую фазу с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой, обогащенную Ti и O.

Механические испытания показали, что предел текучести сплава при комнатной температуре составляет примерно 1611±30 МПа, а инженерная деформация до разрушения — примерно 9±1%; при 800°C предел текучести составляет примерно 1100±50 МПа, при этом способность к пластической деформации сохраняется на уровне около 10%; даже при 1000°C предел текучести достигает 953±70 МПа, и сплав демонстрирует хорошую пластичность при сжатии. По сравнению с аналогичными сплавами, изготовленными традиционным методом вакуумно-дуговой плавки, образцы, полученные методом LP-DED, демонстрируют более высокий предел текучести при различных температурах.

Результаты облучения показали, что при комнатной температуре и 650°C как ОЦК-матрица, так и ГЦК-вторая фаза остаются стабильными, при этом не наблюдалось образования пор или фазовых превращений. Исследователи обнаружили, что после облучения в материале формируются дислокационные петли высокой плотности и малого размера; при комнатной температуре с увеличением дозы размер дислокационных петель незначительно уменьшается, а плотность увеличивается, что указывает на доминирование процесса зарождения; при 650°C размер дислокационных петель увеличивается с ростом дозы, а плотность снижается, что свидетельствует о тенденции к коалесценции петель.

Исследование показывает, что высокая плотность дислокаций, обусловленная процессом аддитивного производства, медленная диффузия в матрице сложнокомпонентного сплава, а также наличие обогащенных кислородом частиц ГЦК-второй фазы совместно повышают радиационную стойкость данного сплава. Исследовательская группа отмечает, что такие аддитивно изготовленные тугоплавкие сложнокомпонентные сплавы обладают потенциалом для дальнейших исследований в области применения материалов для ядерных установок следующего поколения на основе деления и синтеза.