近期，中科院合肥研究院固體所內(nèi)耗與固體缺陷研究部與中國核動力研究設(shè)計院合作在高性能鉬合金研究方面取得新進展。與普通鉬合金相比，該高性能鉬合金具有更為出色的綜合性能，主要體現(xiàn)在室溫塑性更高、高溫強度更好、抗輻射能力更強、再結(jié)晶脆性更小等，因而更適合應(yīng)用于外太空核反應(yīng)堆中。
空間核反應(yīng)堆具有環(huán)境適應(yīng)性好、功率覆蓋范圍廣、結(jié)構(gòu)緊湊以及大功率條件下質(zhì)量功率比小等優(yōu)點，在大功率地球軌道衛(wèi)星、深空探測以及月球行星基地供電等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。不過，空間堆中的包殼及堆芯結(jié)構(gòu)材料面臨高溫、中子輻照及液態(tài)堿金屬腐蝕等苛刻環(huán)境，是制約空間堆技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。
難熔金屬鉬及其合金由于高熔點、高熱導(dǎo)率、生物相容性好等優(yōu)點，成為空間堆的關(guān)鍵候選材料之一，但是純鉬仍存在室溫塑性欠佳、高溫強度低、再結(jié)晶脆性大和耐輻照性能不佳等問題。
為了解決上述的問題，研究團隊通過納米碳化物彌散、細(xì)晶強化和晶界凈化的方法來提升鉬合金的綜合性能。研究團隊通過粉末冶金法和高溫旋鍛制備了室溫及高溫下均具有優(yōu)異力學(xué)性能的納米結(jié)構(gòu)鉬——碳化鋯合金。該納米結(jié)構(gòu)合金的室溫抗拉強度達928兆帕和延伸率為34.4%，分別比普通鉬鈦鋯合金提高了26%和100%；在1000℃時，其抗拉強度達到562兆帕，比純鉬提高50%以上；在1200℃時，其抗拉強度比氧化物彌散強化鉬的提高一倍以上，同時保持優(yōu)良塑性。此外，該合金的再結(jié)晶溫度比純鉬提高約400℃，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。
該研究成果以“Excellent high-temperature strength and ductility of the ZrC nanoparticles dispersed molybdenum”為題，發(fā)表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia上。
