四元高熵合金NbTiVZr的中子辐照行为研究

High entropy alloys (HEAs) are believed to have some potential use in nuclear systems due to their favorable various properties. Both theoretical and experimental studies with electron and ion irradiation indicate that HEAs have better radiation resistance properties compared with pure metal and binary or ternary traditional alloys. While so far, there is still a lack of reports on the experimental study of HEAs with neutron irradiation. In this project，we will study the evolution trends of swelling, tensile property and hardness of the quaternary high entropy alloy NbTiVZr with the increasing neutron fluence. Combined the advanced experimental techniques like SEM, TEM and SANS，with the first-principles theoretical method，We try to shed light on and reveal the mechanisms of the irradiation swelling, irradiation embrittlement and irradiation hardening of HEAs. The results of this project could lay the foundation and provide some technical support for predicting the potential application of HEAs in in-service and future advanced reactors.

高熵合金拥有多项优秀性能，被认为在核能系统中具备潜在的应用前景。理论研究以及电子、离子辐照的实验研究均表明，高熵合金相对于纯金属和二三元传统合金具有更优秀的耐辐照性能。但目前对其中子辐照的研究还鲜有报道。本项目拟以四元高熵合金NbTiVZr为研究对象，研究其肿胀、拉伸力学性能和维氏硬度随中子辐照的变化规律，结合扫描电镜、透射电镜、小角中子散射等先进表征手段以及第一性原理理论模拟方法探索并揭示其辐照肿胀、脆化和硬化的影响机理。研究结果可以为高熵合金在现役反应堆以及未来先进反应堆中的潜在应用提供实验基础和技术支持。

高熵合金拥有多项优秀性能，被认为在核能领域具备潜在的应用前景。理论研究以及电子、离子辐照的实验研究均表明，高熵合金相对于纯金属和二三元传统合金具有更优秀的耐辐照性能。但目前对其中子辐照的研究还鲜有报道。本项目以低活化的四元高熵合金NbTiVZr为研究对象，研究了其密度、拉伸力学性能和维氏硬度随中子辐照的变化规律，结合扫描电镜、透射电镜等先进表征手段以及第一性原理计算模拟方法初步阐明了其中子辐照肿胀、脆化和硬化机理。研究发现，在较低注量（快中子（> 0.1 MeV）注量≤ 2.34×10^20 n/cm^2）的中子辐照下，其肿胀程度较低，主要由点阵原子离位产生的间隙原子和空位团簇以及位错环贡献，未观察到明显的空洞；较低注量的中子辐照引起了拉伸力学性能的明显变化，表现为抗拉强度、弹性模量和断后延伸率的下降，随着中子注量的增加，主要是由于拉伸试样断口上韧窝密度下降、深度下降，脆性的第二相颗粒上出现越来越多的解理面和层间分离现象；注量为6.92×10^19 n/cm^2的快中子辐照未引起四元高熵合金NbTiVZr维氏硬度的明显上升，其压痕上的滑移面特征与原始样类似，在更高注量下（1.48、2.34×10^20 n/cm^2），维氏硬度迅速上升，压痕周围出现大量微裂纹，且其密度和尺寸随中子注量增加而增加，中子辐照产生的缺陷团簇和位错环对滑移面的滑移起到了阻碍的作用，提高了其硬度，但微裂纹间相互交叉又限制了更高注量下硬度的进一步上升。本项目的研究结果对于更高中子注量下的实验研究以及推动高熵合金在核能系统中的应用提供了宝贵的实验数据和研究基础。