降低Zr含量提升NbTiZr多主元合金热稳定性与辐照耐受性的机制研究

本文推荐：本研究通过对比等原子比NbTiZr与降Zr型NbTiZr0.5多主元合金（MPEAs），系统揭示了Zr含量对体心立方（BCC）固溶体在350/600°C长期老化及碘离子辐照（5.44×1016 ions/cm2）下的稳定性影响。发现降Zr可抑制Zr富集沉淀，缓解老化诱导的延性损失，并通过降低原子迁移率与空位-间隙复合迟滞效应改善辐照耐受性，为核用结构材料设计提供新思路。

　　

Highlight

热稳定性与辐照耐受性分析

热稳定性微观结构分析

通过CALPHAD方法计算的NbTiZr与NbTiZr_0.5合金平衡相图显示，两者在~700–1700°C存在宽单相区。冷却至700°C时，Nb富集相（BCC#2）从基体析出，类似Nb-Zr二元系的溶解度间隙现象。这种相分离源于Nb与Zr间的排斥作用。

结论与建议

鉴于Zr在NbTiZr多主元合金固溶体中易发生老化/辐照诱导沉淀，策略性降低Zr含量可有效抑制此现象及相关性能劣化。本研究通过350°C/600°C 200小时老化及高剂量I³⁺离子辐照（5.44×10¹⁶ ions/cm²，350°C）验证发现：降Zr既能减少Zr富集晶界沉淀（缓解老化延性损失），又通过降低晶格畸变抑制空位-间隙复合迟滞，形成独特空洞结构。结果为先进核用NbTiZr合金设计提供双效优化路径。

CRediT作者贡献声明

Yilong Zhong：评审编辑与验证；Liqiu Yong：原创写作与实验设计；Dongsheng Xie：数据审核；An Li：软件模拟；Lu Wu：资源支持；Wei Zhang：设备保障；Jijun Yang：项目监督。

利益冲突声明

作者声明无已知竞争性财务或个人关系影响本研究。

致谢

感谢中国国家自然科学基金（U2241235号）资助。