W-Re合金韧脆转变的关键缺陷机理

西安交通大学材料学院韩卫忠教授团队近期开展冲杆实验，全面探究再结晶状态下的W-Re合金，深入了解其韧脆转变背后的微观机制。此项研究或对未来能源技术发展产生深远影响。

“人造太阳”——核聚变能源是未来人类寻找可持续性能源的最理想方案。其中，钨（W）凭借其超强耐高温、高导热性以及抗辐射损伤等特性，被公认为面向等离子体第一壁的最优材料选择。然而，钨在低温和加工方面存在较大问题，因低温环境下其韧性欠佳且易发生韧脆转变，导致端部缺陷增多，严重制约了其应用空间。因此，如何改善钨的低温脆性已成为该领域亟待破解的关键科学难题。

业界普遍认同的观点是，铼（Re）合金化能够改变螺位错的三维核心结构，激发螺位错双扭折形核，提升其滑移能力，从而改善钨的变形性能，实现低温韧性增强。虽然这种方法已在理论上得到验证，但是实际过程中还需要面对诸如初始位错、层片结构、晶粒细化等诸多复杂因素，因此需进一步明确Re合金化在改善钨加工性能中的具体作用。

韩卫忠团队在其深度研究中揭露，当Re比例低于10%时，合金化并不能显著降低W的韧脆转变温度，同时也无法带来预期的韧性表现。高温条件导致W-Re的塑性变形能力大幅度下降，从而使合金高温韧性降低、韧脆转变温度上升。值得注意的是，当Re含量增加时，W-Re合金的韧脆转变温度会随之攀升。在变形形貌分析中，相较于纯钨的沿晶开裂现象，Re合金化引发的更多位错行为虽可改善W-Re合金的低温韧性，但这种改善效果十分有限。