近日，北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平教授团队基于前期研发的共格析出强化的超高强度钢，发现新的抗辐照损伤机制，该研究对开发先进抗辐照结构材料具有重要意义并成功应用于新型多主元合金体系。国际著名学术刊物Nature Materials于2022年5月30日以“Superiorradiation tolerance via reversible disordering–ordering transition of coherentsuperlattices”为题报道了这一研究进展。
创办于2002年9月的Nature Materials是材料及其相关领域的顶级学术期刊，在自然科学尤其是材料科学领域具有很大的学术影响力。
图1. 具有优异的耐辐照性能和力学性能的超高强度钢
先进核能被认为是解决人类未来能源需求的终极方案，然而目前以ODS钢为代表的耐辐照金属结构材料在高剂量辐照后仍面临着增强相失稳和抗辐照性能恶化的困境。严苛的辐照服役环境和高安全性需求，使得开发具有优异高温强度、高强韧、抗高剂量辐照性能和抗蠕变性能的先进金属结构材料成为制约未来核能发展的重大挑战之一。
图2. 离子辐照下超晶格钢的显微组织演化
针对此问题，北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平教授团队与北京大学付恩刚教授团队合作发现，在前期自主研发纳米共格析出马氏体时效超高强度钢中，其小尺寸超高密度共格有序析出相极易被辐照溶解，但在高温（400-600 °C）辐照下因其极低的相变势垒和短程溶质重排主导的动力学行为而发生原位动态有序-无序转变。这种局域相变在限制溶质和点缺陷长程扩散的同时，通过增强溶质和缺陷的局域重组，持续湮灭辐照缺陷并稳定高密度析出相，使得该新型超高强度钢在超高剂量离子辐照（>2000 dpa）后无空洞肿胀和辐照硬化发生，从而表现出极为优异的耐辐照性能和力学性能，这一新的抗辐照机制不同与以往借助错配界面吸收缺陷所导致的低稳定性，使得材料的抗辐照性能几乎不受辐照剂量影响，为研发耐强辐照、高强韧结构材料提供了新的思路。
论文的共同通讯作者为北京科技大学吕昭平教授和北京大学付恩钢教授，第一作者为北京大学杜进隆博士、北京科技大学蒋虽合研究员和曹培培博士研究生，北京科技大学吴渊研究员为共同作者。该研究得到国家自然科学基金委员会的持续资助。
