核能是現(xiàn)代多元能源體系的重要組成部分之一，高性能的堆芯結(jié)構(gòu)材料是核電站安全、高效運(yùn)行的保障之一。堆芯結(jié)構(gòu)材料長期暴露于高溫、強(qiáng)輻照和腐蝕環(huán)境中，會(huì)產(chǎn)生輻照硬化、腫脹、氦脆、輻照促進(jìn)應(yīng)力腐蝕開裂等問題，尤其是對(duì)運(yùn)行溫度更高、使用周期更長的新一代反應(yīng)堆，開發(fā)具有優(yōu)秀綜合性能的堆芯結(jié)構(gòu)材料是先進(jìn)反應(yīng)堆研發(fā)的關(guān)鍵。難熔高熵合金是極具反應(yīng)堆應(yīng)用潛力的一種新型合金。文章圍繞難熔高熵合金成分設(shè)計(jì)與制備、相組成和相穩(wěn)定性、力學(xué)性能、抗腐蝕性能和抗輻照性能，對(duì)當(dāng)前難熔高熵合金在核結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)核用難熔高熵合金的下一步研究方向和潛在應(yīng)用場景做出了展望。

高熵合金具有廣闊的成分設(shè)計(jì)空間，這在給材料性能帶來無窮可能性的同時(shí)，也加大了成分設(shè)計(jì)的難度。根據(jù)預(yù)期的微觀組織、力學(xué)性能等，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判據(jù)、模擬計(jì)算和高通量實(shí)驗(yàn)可以有效幫助成分配比的確定。此外，在核用材料的設(shè)計(jì)中還必須考慮原子核反應(yīng)帶來的相關(guān)問題，包括中子吸收和中子活化問題。

難熔高熵合金室溫相組成可以大致分為單相BCC固溶體、BCC+金屬間化合物、多相BCC或BCC+其它固溶體，其中被報(bào)道最多的是單相BCC結(jié)構(gòu)。相組成會(huì)對(duì)合金力學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響。對(duì)于核結(jié)構(gòu)材料，由于反應(yīng)堆會(huì)在高溫、輻照條件下長期運(yùn)行，難熔高熵合金在反應(yīng)堆運(yùn)行溫度區(qū)間內(nèi)的相組成和相穩(wěn)定性及其對(duì)性能的影響受到了越來越多關(guān)注。

難熔高熵合金表現(xiàn)出十分具有吸引力的室溫和高溫強(qiáng)度，尤其是含有較多W、Mo等高熔點(diǎn)元素的合金體系和析出相強(qiáng)化的Al-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr體系。但是有限的室溫塑性會(huì)一定程度影響其可應(yīng)用性，通過成分設(shè)計(jì)、微觀組織、位錯(cuò)調(diào)控、亞穩(wěn)工程和晶界工程等多種方式有望提升合金塑性。

部分難熔高熵合金在含Cl環(huán)境、酸溶液、高溫高壓水等腐蝕條件下表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性能，并能夠通過元素選擇、組織調(diào)控進(jìn)一步改善耐蝕。但整體而言，目前針對(duì)核用難熔高熵合金抗腐蝕性能的研究比較匱乏，成分-組織-耐蝕性之間的影響關(guān)系及其機(jī)理有待建立。

離子輻照實(shí)驗(yàn)顯示，HfTaTiVZr、HfNbTaTiZr、Cr15Ta36V11W38等難熔高熵合金具有良好的抗輻照硬化或抗輻照腫脹能力。目前的研究結(jié)果還顯示在核用難熔高合金的研究過程中，應(yīng)該對(duì)材料在輻照條件下的相穩(wěn)定及其對(duì)材料性能的影響給予更多關(guān)注。離子輻照和模擬計(jì)算結(jié)果共同表明，高熵合金的抗輻照機(jī)理與其獨(dú)特的晶格畸變和復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境息息相關(guān)，二者不僅可以延緩熱峰過程的能量耗散和影響點(diǎn)缺陷性質(zhì)，促進(jìn)點(diǎn)缺陷復(fù)合，還可以限制缺陷團(tuán)簇的運(yùn)動(dòng)能力，抑制缺陷團(tuán)簇的聚集和長大。但是需要指出，此抗輻照機(jī)理的提出大部分基于對(duì)FCC體系高熵合金的研究，難熔高熵合金是否與FCC高熵合金遵循同樣缺陷產(chǎn)生、演化規(guī)律，還需要更加深入的探索。

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結(jié)語與展望

難熔高熵合金展現(xiàn)出了優(yōu)秀的高溫強(qiáng)度、可調(diào)控的抗腐蝕性和良好的抗輻照性能，在核結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域表現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)。但是，具體到實(shí)際應(yīng)用，一方面，RHEA在室溫塑性的提高、真實(shí)輻照環(huán)境下的相穩(wěn)定性、耐腐蝕性和抗輻照性能幾方面還需要深入研究；另一方面，上述幾方面的研究目前仍相對(duì)獨(dú)立，缺乏對(duì)同一體系的綜合考量。針對(duì)此，對(duì)于今后的核用難熔高熵合金研究，提出以下建議：

（1）根據(jù)反應(yīng)堆實(shí)際運(yùn)行情況（冷卻劑、中子能譜等），結(jié)合元素的中子吸收和中子活化性質(zhì)確定元素選擇，結(jié)合模擬計(jì)算，初步設(shè)計(jì)兼具各性能（如本征韌性、相穩(wěn)定性等）的合金體系；

（2）采用3D打印、磁控濺射等高通量制備方法，結(jié)合金相分析、力學(xué)測(cè)試，進(jìn)行合金的快速篩選；

（3）通過組織調(diào)控、引入間隙原子、晶界工程等方法，調(diào)控合金的位錯(cuò)行為、應(yīng)力誘導(dǎo)相變和形變孿晶，提高合金塑性；

（4）考慮結(jié)構(gòu)材料所處溫度和化學(xué)環(huán)境，進(jìn)行長時(shí)腐蝕和時(shí)效實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步篩選合金；

（5）通過一系列溫度、劑量的離子輻照，評(píng)估合金抗輻照性能，研究輻照損傷機(jī)理；

（6）進(jìn)行中子輻照和相應(yīng)后續(xù)性能測(cè)試，評(píng)估真實(shí)工況條件下的材料服役情況。