钨基高熵合金有望为核聚变领域应用增添新活力

近日，中国工程物理研究院材料研究所黄河副教授团队表示，相对其他合金和传统的金属钨来说，钨基高熵合金更适合应用于核聚变领域中。该高熵合金的发现为开发聚变堆用结构材料提供了新思路。

聚变堆运行过程中的极端条件如高热载荷和大量的高能量粒子，要求了材料在高温下不仅要有较高的强度和塑性，还要有优异的抗辐照性能。由于传统的金属钨及其合金未能满足上述的要求，所以加快了钨基高熵合金的出现。

所谓的高熵合金是指一种由五种或五种以上等量或大约等量金属组成的合金。与传统合金相比，其具有更高的比强度和抗断裂能力、更好的抗腐蚀及抗氧化特性。而钨基高熵合金就是一种以金属钨为主要原料的高熵合金。

与传统合金类似，钨基高熵合金强度和塑性同时提升的机制有固溶强化、晶粒细化、间隙强化、第二相强化、孪晶诱导塑性、相变诱导塑性、共晶组织和热处理。与传统合金不同的是，上述效应在高熵合金中表现更为明显。

实验表明，WTaCrV高熵合金薄膜具有优异的力学性能和抗辐照性能，该合金即使在8dpa的辐照下，也未发现辐照位错环。另外，纳米压痕硬度测试表明，辐照前后也未出现辐照硬化。

钨基高熵合金虽然能克服核聚变领域的恶劣环境，但仍存在几个问题尚待解决：（1）为了突破传统试错式“炒菜”方法的局限，快速准确的获取新型高性能高熵合金体系，需要发展基于数据挖掘多目标优化的高通量设计方法；（2）该高熵合金由于声子与缺陷的强相互作用，热导率也较低，这对材料在聚变堆极端环境下的应用极为不利。

未来，在上述问题得以解决的基础上，钨基高熵合金有望为核能聚变工程应用增添新的活力。