近日，燕山大學亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室清潔納米能源中心沈同德教授團隊與國內外科學家合作，針對奧氏體鋼強度偏低、輻照后易腫脹以及納米晶金屬高溫下晶粒易長大等問題，創新性的通過界面元素偏聚及納米析出釘扎，制備出超強且具有優異的熱與輻照穩定性的塊體304L納米晶奧氏體鋼，相關研究成果于2018年12月19日在線發表于Nature Communications。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07712-x

與普通的粗晶粒金屬相比，納米晶金屬更強、更抗輻照。但是，納米晶金屬的熱穩定性通常較差，致使其高溫加工成型及應用受到很大的限制。沈同德教授課題組及其國內外合作團隊綜合利用稀土鑭元素的摻雜以及高溫高壓合成技術，開發出塊體納米晶/納米析出304L奧氏體鋼，納米晶粒尺寸約40納米，納米析出尺寸約5納米，納米析出密度高達5′1023m-3。

a,b: 納米鋼的壓縮、拉伸力學行為；b: 納米鋼(NC-SS)與其它鋼種的屈服強度對比；c,d,e: 納米鋼退火前后的晶粒尺寸；f,g: 粗晶鋼、納米鋼輻照后的微結構對比

該納米晶奧氏體鋼屈服強度高達2500 MPa，遠超粗晶304L奧氏體鋼數百MPa的屈服強度。該納米鋼具有極高的熱及輻照穩定性：800度/180小時保溫，無顯著晶粒長大；600度/108 dpa強輻照既無顯著晶粒長大，亦無任何輻照腫脹。實驗觀察表明，該納米鋼的超高熱穩定性可歸因于晶界上鑭元素偏聚在熱力學方面、大量細小的納米析出釘扎在動力學方面分別穩定化納米晶粒兩種因素。團簇動力學模擬表明，該納米鋼的超高抗輻照腫脹阻力來源于納米鋼中大量的晶粒邊界，可作為缺陷捕獲陷阱大幅度降低穩態空位濃度，進而抑制空位的團聚及腫脹的發生。

該項研究工作由燕山大學沈同德教授團隊、北京大學王宇鋼教授團隊、南京理工大學沙鋼教授團隊、美國普渡大學張星航教授團隊和美國西北太平洋國家實驗室胡深洋研究員合作完成。燕山大學為論文第一單位，燕山大學博士生杜聰聰和合作單位的靳慎豹、方苑、李瑨為共同第一作者，通訊作者為沈同德、王宇鋼和沙鋼。研究工作得到了國家自然科學基金、國家磁約束聚變能研究項目、燕山大學高層次人才項目的資助。

來源：亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室 張春祥