西安交大卢晨阳团队揭示异质结构高熵合金抗辐照损伤的相结构依赖性机制
- 发布时间：
- 2025-12-18
- 文章标题：
- 西安交大卢晨阳团队揭示异质结构高熵合金抗辐照损伤的相结构依赖性机制
- 内容：
开发兼具高温高强与优异抗辐照性能的新型结构材料是核材料领域的重大挑战。高熵合金凭借其独特的高熵效应、严重的晶格畸变及迟滞扩散效应，在抗辐照损伤方面展现出巨大潜力。特别是通过析出相强化的异质（Heterogeneous）高熵合金，因其卓越的力学性能而备受关注。然而，目前对于异质高熵合金中不同相结构（如BCC析出相与FCC基体）及不同界面特性（共格与半共格）在高温辐照下的损伤演化差异及其微观机理，尚缺乏深入的理解。近日，西安交通大学核科学与技术学院卢晨阳教授团队在材料科学领域权威期刊《Materials Research Letters》上发表题为 “Origin of radiation damage variability in different phases of Al-Cr-Fe-Ni-V high-entropy alloy with heterogeneous microstructures” 的研究论文。https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2586636。论文的第一作者为苏钲雄助理教授，该研究以Al0.5Cr0.9FeNi2.5V0.2无Co高熵合金为模型材料，系统揭示了异质微观结构中不同相区对氦离子辐照损伤的差异化响应机制，为高性能抗辐照合金的微观组织设计提供了重要的理论依据。
本项研究深入剖析了富Cr BCC析出相与L12共格纳米相在辐照环境下的差异化演变规律。团队从晶体学特征、界面能量状态、化学成分复杂位及原子扩散动力学等多个维度，揭示了导致二者行为截然不同的微观机制。实验结果表明，富Cr BCC相由于混合熵较低且空位迁移速率较快，极易成为氦泡形核与长大的吸附点；其与基体形成的半共格界面因存在显著的界面能与应力场，进一步加速了氦原子及辐照缺陷的捕获与富集。反之，基体中的L12纳米结构凭借其优异的晶格匹配度、低界面应力及高化学复杂性，加之独特的“有序-无序”可逆转变特性，展现出卓越的抗辐照缺陷能力，有效抑制了损伤累积。
图1. Al0.5Cr0.9FeNi2.5V0.2合金的微观机构和力学性能
图2. Al0.5Cr0.9FeNi2.5V0.2合金辐照后的位错环和He泡分布
图3. Al0.5Cr0.9FeNi2.5V0.2合金BCC相与基体中He泡的分布及其原子尺度界面分析
图4. Al0.5Cr0.9FeNi2.5V0.2合金BCC相附近及基体内部位错环的分布及其原子尺度界面分析
本文深入阐明了Al-Cr-Fe-Ni-V多相高熵合金在辐照环境下各相表现出的差异化演变机理。研究进一步指出，未来的材料设计可聚焦于构建分级异质结构，通过调控共格纳米相与半共格强化相实现优势互补。这种协同效应有望在确保材料具备超高强度的同时，将其在极端核环境下的耐受极限推向新高度。