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燕山大学Nature Communications: 超高强度、热稳定、抗辐照纳米晶钢
不锈钢在汽车、建筑、核能等领域大量使用。2017年，全球不锈钢及耐热钢总产量高达4808万吨。然而，不锈钢的强度偏低，通常为数百MPa。制备高强不锈钢可节约大量能源、资源，进一步可降低环境污染，具有重大的经济和社会效益。与普通的粗晶粒金属相比，纳米晶金属更强、更抗辐照。然而，纳米晶金属的热稳定性通常较差，致使其高温加工成型及应用受到很大的限制。为了解决上述问题，燕山大学的沈同德教授团队与北京大学王宇钢教授团队、南京理工大学沙钢教授团队、美国普渡大学张星航教授团队、美国西北太平洋国家实验室胡深洋研究员合作， 通过综合运用稀土镧元素的掺杂以及高温高压合成技术，开发出纳米晶/纳米析出304L奥氏体钢。该纳米晶奥氏体钢屈服强度高达2500 MPa, 远超粗晶304L奥氏体钢约数百MPa的屈服强度。该纳米钢具有极高的热稳定性，800 oC /180小时保温，无显著晶粒长大。600 oC /108 dpa强辐照既无显著晶粒长大，亦无任何肿胀。该纳米钢的超高热稳定性可归因于镧元素在晶界上的偏聚、高密度富镧纳米氧化物的析出，分别在热力学、动力学方面稳定化细小的纳米晶粒。团簇动力学模拟表明，纳米钢中大量的晶界作为缺陷捕获陷阱，可大幅度降低稳态空位浓度，进而抑制辐照肿胀的发生。相关研究论文发表在国际知名学术期刊Nature Communications上(影响因子12.353)。
使用304-L不锈钢粉末及元素镧粉末作为原料，原料配比为99 at%不锈钢: 1 at% 镧。粉末在手套箱中首先机械合金化24小时，然后使用六面顶压机，在1000 °C、4 GPa压力下保温30分钟压制成型，获得直径约8-9 mm、高度10-12 mm的块体纳米晶钢圆柱体样品。 研究工作得到了国家自然科学基金（11575114, 51571120）、国家磁约束聚变能研究项目（2015GB113000）、燕山大学高层次人才项目(005000201)的资助。 文献链接：https://doi.org/10.1038/s41467-018-07712-x Congcong Du, Shenbao Jin, Yuan Fang, Jin Li, Shenyang Hu, Tingting Yang, Ying Zhang, Jianyu Huang, Gang Sha, Yugang Wang, Zhongxia Shang, Xinghang Zhang, Baoru Sun, Shengwei Xin & Tongde Shen, Ultrastrong nanocrystalline steel with exceptional thermal stability and radiation tolerance, Nature Communications 9: 5389 (2018)
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发表于 2018-3-9 08:30:34
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