西安交通大學(xué)材料學(xué)院韓衛(wèi)忠教授團(tuán)隊(duì)近期開(kāi)展沖桿實(shí)驗(yàn)，全面探究再結(jié)晶狀態(tài)下的W-Re合金，深入了解其韌脆轉(zhuǎn)變背后的微觀機(jī)制。此項(xiàng)研究或?qū)ξ磥?lái)能源技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

“人造太陽(yáng)”——核聚變能源是未來(lái)人類(lèi)尋找可持續(xù)性能源的最理想方案。其中，鎢（W）憑借其超強(qiáng)耐高溫、高導(dǎo)熱性以及抗輻射損傷等特性，被公認(rèn)為面向等離子體第一壁的最優(yōu)材料選擇。然而，鎢在低溫和加工方面存在較大問(wèn)題，因低溫環(huán)境下其韌性欠佳且易發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致端部缺陷增多，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用空間。因此，如何改善鎢的低溫脆性已成為該領(lǐng)域亟待破解的關(guān)鍵科學(xué)難題。

業(yè)界普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是，錸（Re）合金化能夠改變螺位錯(cuò)的三維核心結(jié)構(gòu)，激發(fā)螺位錯(cuò)雙扭折形核，提升其滑移能力，從而改善鎢的變形性能，實(shí)現(xiàn)低溫韌性增強(qiáng)。雖然這種方法已在理論上得到驗(yàn)證，但是實(shí)際過(guò)程中還需要面對(duì)諸如初始位錯(cuò)、層片結(jié)構(gòu)、晶粒細(xì)化等諸多復(fù)雜因素，因此需進(jìn)一步明確Re合金化在改善鎢加工性能中的具體作用。

韓衛(wèi)忠團(tuán)隊(duì)在其深度研究中揭露，當(dāng)Re比例低于10%時(shí)，合金化并不能顯著降低W的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，同時(shí)也無(wú)法帶來(lái)預(yù)期的韌性表現(xiàn)。高溫條件導(dǎo)致W-Re的塑性變形能力大幅度下降，從而使合金高溫韌性降低、韌脆轉(zhuǎn)變溫度上升。值得注意的是，當(dāng)Re含量增加時(shí)，W-Re合金的韌脆轉(zhuǎn)變溫度會(huì)隨之攀升。在變形形貌分析中，相較于純鎢的沿晶開(kāi)裂現(xiàn)象，Re合金化引發(fā)的更多位錯(cuò)行為雖可改善W-Re合金的低溫韌性，但這種改善效果十分有限。