近日，欧美性爱 张丽霞教授团队在Zr-4合金超低温扩散连接的研究方面取得了重大进展。研究成果以《氢致α→β相变促进Zr-4合金超低温扩散机制研究》(Diffusion mechanism of Zr-4 alloy at ultra-low temperature based on the α→β phase transition promoted by thermo-hydrogen treatment)为题发表在《Acta Materialia》上。该成果为氢化合金扩散连接工艺方法及物理机制的研究填补了空白。

Zr-4合金凭借低热中子吸收截面、优异耐蚀性能和适中力学性能是唯一水冷核反应堆包壳材料。新型核燃料包壳因其焊缝多、焊缝间距小、焊缝重叠的特征必须采用超低温扩散连接工艺。合金置氢辅助扩散连接被认为是最为适用的低温连接方法。然而，对于氢化合金实现低温扩散连接的物理机制研究仍处于猜想阶段。

针对这一挑战，研究团队通过对Zr-4合金进行热氢处理，成果制备氢化Zr-4合金，并实现了700℃高质量扩散连接，相比于原始Zr-4合金连接温度降低超100℃（接头抗剪强度约200 MPa）。确定了氢化Zr-4合金在发生氢致相变后扩散连接质量明显提高。当Zr-4合金氢化后，α→β相变温度降低了约280℃。扩散连接过程中，氢化Zr合金中即可形成晶格中固溶H原子的β相（β_H-Zr）。利用分子动力学手段，计算出扩散连接温度下Zr 原子在 β_H-Zr 晶格中的扩散系数为1.36×10^-6 nm²·ps^-1，远高于其在α-Zr 晶格中的扩散系数2.24×10^-8 nm²·ps^-1。基于金属晶体原子扩散缺陷理论，计算出氢致相变后Zr的缺陷形成能大幅降低。与650 时β (βH) 相的原位TEM 图像中显示的大量位错及层错缺陷相对应。缺陷形成能的大幅降低导致β_H-Zr扩散激活能显著下降，原子互扩散难度骤降。经理论计算和试验验证，揭示了氢致相变是实现Zr-4合金超低温扩散连接的关键因素，填补了连接领域氢促扩散物理机制研究空白。

欧美性爱-欧美色情-av色情 、材料结构精密焊接与连接全国重点实验室博士研究生马迎凯为第一作者，张丽霞教授和常青助理研究员为共同通讯作者。

该研究获国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：//doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121156

图片摘要

图1 氢化Zr-4 合金相变及扩散连接接头组织：(a) Zr-4 合金DSC曲线；(b) 氢化Zr-4合金DSC曲线；(c) Zr-H二元相图；(d)相变前氢化Zr-4接头界面SEM图像；(e) 相变中氢化Zr-4接头界面SEM 图像；(f) 完全相变后氢化Zr-4接头界面SEM图像。

图2 扩散激活能计算过程：(a) β_H-Zr 晶格中缺陷形成与迁移的示意图；(b)不同晶格Zr势能；(c)不同晶格Zr缺陷形成能；(d)不同晶格Zr有效扩散系数与温度关系；(e) 不同晶格Zr缺陷迁移能；(f) 不同晶格Zr 扩散激活能。