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3D打印部件有望用于中国铅基堆核心部件,中国科

金沙国际唯一平台官网登录,记者12月6日从中国科学院核能安全技术研究所获悉,该所科研人员利用3D打印技术,首次成功制备出铅基反应堆燃料组件关键部件。据了解,该部件有望应用于中国铅基堆核心部件。

金沙国际唯一官网网址,近日,中国科学院核能安全技术研究所(以下简称“核安全所”)利用3D打印技术,成功首次制备出铅基反应堆燃料组件关键部件。

近期,中科院核能安全技术研究所在3D打印中国抗中子辐照钢(简称“CLAM钢”)研究方面取得新进展。研究人员采用热等静压结合调质热处理方法,解决了3D打印材料中存在的微缺陷及各向异性问题,获得了高强韧性的3D打印CLAM钢,相关成果发表在国际核材料权威期刊Journal of Nuclear Materials上。

铅基堆被“第四代核能系统国际论坛”组织评定为有望首个实现工业示范和商业应用的第四代反应堆,中国科学院核能安全技术研究所承担了中国科学院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”中的铅铋反应堆研发工作,并牵头研发了具有完全自主知识产权的CLAM钢。CLAM钢因具备优良的高温性能、抗高能中子辐照性能与抗腐蚀性能等,已被选为中国铅基堆核心部件的候选结构材料。

铅基堆被“第四代核能系统国际论坛”组织评定为有望首个实现工业示范和商业应用的第四代反应堆,核安全所承担了中国科学院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”中的铅铋反应堆研发工作,并牵头研发了具有完全自主知识产权的CLAM钢。CLAM钢因具备优良的高温性能、抗高能中子辐照性能与抗腐蚀性能等,已被选为中国铅基堆核心部件的候选结构材料。

3D打印技术在制备小型化复杂构件方面具有独特优势。CLAM钢是核能安全所团队牵头研发的具有自主知识产权的中国抗中子辐照钢,可用于聚变堆、聚变裂变混合堆和裂变铅基堆等先进核能系统。此前,核能安全所团队已利用选区激光熔化技术实现了CLAM钢聚变堆包层第一壁样件的3D打印。但由于3D打印具有层积成型的特点,成型后的材料存在力学性能各向异性以及较多微缺陷,强韧性是性能短板,可对材料的服役安全性产生严重影响。

相比于传统的切割、轧制、焊接等复杂加工方法,3D打印技术可以一次成型复杂结构部件,具有成型精度高、结构完整性好等优点。然而,受限于材料自身性质、技术成熟度等因素影响,利用3D打印技术制备反应堆部件尚属研究前沿。

相比于传统的切割、轧制、焊接等复杂加工方法,3D打印技术可以一次成型复杂结构部件,具有成型精度高、结构完整性好等优点。然而,受限于材料自身性质、技术成熟度等因素影响,利用3D打印技术制备反应堆部件尚属研究前沿。核安全所联合国内科研单位克服了高流动性CLAM钢粉制备、复杂部件应力消除、在线热处理等诸多技术难题,制备出高性能3D打印铅基堆燃料核心部件。经检测,部件无气孔及裂纹等缺陷,成型致密度可达到锻件的99.7%以上,具有高强度、高加工精度等特点。该研究成果对于3D打印技术在铅基堆关键部件模块化制备方面具有重要意义。

为解决这一问题,研究人员采用热等静压结合调质热处理方法对3D打印的CLAM钢进行处理。结果表明,在HIP的1150℃高温及150MPa高压作用下,实现了3D打印材料各向异性的消除,以及熔合不良等微缺陷的塑性变形弥合。同时,结合调质热处理获得了回火马氏体组织,实现了材料强度和韧性的良好匹配。研究结果为3D打印高性能部件提供了重要的材料支撑和技术保障。

据介绍,该所联合国内科研单位克服了高流动性CLAM钢粉制备、复杂部件应力消除、在线热处理等诸多技术难题,制备出高性能3D打印铅基堆燃料核心部件。经检测,部件无气孔及裂纹等缺陷,成型致密度可达到锻件的99.7%以上,具有高强度、高加工精度等特点。

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本研究得到了国家重点基础研究发展计划、中国科学院百人计划、国家自然科学基金和安徽省自然科学基金等项目的资助。

该研究成果对于3D打印技术在铅基堆关键部件模块化制备方面具有重要意义。

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3D打印CLAM钢在不同方向拉伸性能及HIP与调质处理前后组织TEM图像

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