本研究Journal of Nuclear Materials 615 (2025) 156012 探讨了热时效对铁铬铝（FeCrAl）合金辐照行为的影响，以期提高其作为事故容错燃料包壳材料的性能。以下是研究中的关键发现和结论：
1. 实验背景与目的
- 背景：
- 在福岛第一核电站事故后，事故容错燃料（ATF）成为核能研究的重点。
- FeCrAl 合金因其优异的高温蒸汽氧化抗性和辐照肿胀抗性被视为潜在的替代锆合金材料。
- 然而，FeCrAl 合金中铬（Cr）和铝（Al）含量显著影响其机械性能和辐照抗性。
- 目的：
- 探究不同热时效时间对 FeCrAl 合金辐照硬化和微观结构演变的影响。
- 寻找优化热时效处理以提升合金辐照抗性的方法。
2. 实验设计与方法
- 材料：
- 使用模型合金 Fe-13Cr-4.5Al-2Mo-1Nb，通过添加 Mo 和 Nb 提高固溶强化效果。
- 热老化处理：
- 样品在 400 ℃ 下分别时效 0、1000、3000 和 5000 小时。
- 辐照实验：
- 表征技术：
- 透射电子显微镜 (TEM)：用于观察位错环的类型、尺寸和密度。
- 纳米压痕测试：测量样品的硬度变化。
3. 主要发现
3.1. 位错环演化
- 位错环类型：
- 观察到两种类型的位错环：a/2 ⟨111⟩ 型和 a ⟨100⟩ 型。
- 随着热时效时间增加，a ⟨100⟩ 位错环的比例上升。
- 尺寸与密度变化：
- 热时效后的样品中位错环平均尺寸更大，位错密度更低。
- 位错环平均尺寸从 0 小时的 12.77 nm 增加到 5000 小时的 17.50 nm。
- 总位错环密度随热时效时间增加而降低，但在 3000 h 和 5000 h 的样品中基本保持不变。
3.2. 硬度与辐照硬化效应
- 初始硬度：
- 热时效显著提高了未辐照样品的硬度。
- 0 h 样品初始硬度最低，1000 h 样品达到峰值后略有下降。
- 辐照后硬度变化：
- 0 h 样品辐照后硬度大幅上升，显示出强烈的辐照硬化效应。
- 热时效样品的辐照硬化程度较小，表明热时效可有效缓解辐照硬化。
- 最佳热老化时间：
- Fe-13Cr-4.5Al 合金在 1000 h 热时效后表现出最优性能。