近日，中國科學院合肥物質院核能安全技術研究所科研人員在中國低活化馬氏體（CLAM）鋼中引入稀土鈰（Ce）與鐠（Pr）氧化物，顯著提升了材料的力學性能。該研究成果已發(fā)表于核材料領域權威期刊Journal of Nuclear Materials（《核材料雜志》）。
CLAM鋼因其良好的機械性能和相對成熟的制備工藝，被視作聚變堆包層的主要候選結構材料之一，但其在高溫下的強度與抗蠕變性能有待進一步提升。氧化物彌散強化（ODS）是提高鋼材料高溫性能的有效策略。目前富釔（Y）氧化物作為強化相的作用已得到廣泛驗證，但其他稀土氧化物在鋼材料強化方面的潛力尚缺乏系統(tǒng)研究。
本研究采用機械合金化與放電等離子燒結技術，制備了分別含富Ce和富Pr氧化物的兩種ODS-CLAM鋼樣品，并系統(tǒng)分析了其微觀結構演變及力學行為。實驗結果表明，兩種稀土氧化物均可有效促進晶粒細化，并在鋼基體中形成高密度的納米氧化物顆粒。進一步的界面分析表明，納米顆粒與基體之間存在特定的共格界面及晶體學取向關系。在提升力學性能方面，富Pr氧化物表現出更明顯的強度提升效果，而富Ce氧化物則在提升材料強度與塑性之間實現了良好的協(xié)同優(yōu)化。
該研究結果表明，富Ce與富Pr氧化物均可作為ODS鋼的有效強化相，為聚變堆結構材料的設計與性能優(yōu)化提供了新的思路與實驗依據。
本研究工作得到了中國科學院國際伙伴計劃等項目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2025.156180
圖1納米顆粒與基體的界面關系：(a-d) Ce4.67O13Si3納米顆粒；(e-f) Pr4.67O13Si3納米顆粒
圖2強化理論和性能優(yōu)勢：(a) 屈服強度實測值與計算值對比；
(b) 與參考文獻中回火9Cr-ODS鋼性能比較
