Using concentration gradients to examine the effects of Al, Ga and Sn additions on the low-activation VCrMnFe system
Using concentration gradients to examine the effects of Al, Ga and Sn additions on the low-activation VCrMnFe system
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使用浓度梯度研究 Al、Ga 和 Sn 添加物对低活化 VCrMnFe 体系的影响
DOI：
10.1088/2515-7655/acc3c1
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
9
通讯作者：
Carruthers A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Carruthers A
未来核聚变反应堆组件的一个关键设计准则是低活化。等原子多主元素合金VCrMnFe仅由低活化元素组成，在1000℃以上形成单相固溶体，但在较低温度下形成有害的sigma相。在本研究中，我们在VCrMnFe中仅使用电炉诱导了Ga， Sn或Al的成分梯度，以研究它们对金属间形成的影响。通过检查微观结构如何在不同成分的区域内变化，可以评估相稳定性极限。例如，当这三种元素以相对较低的浓度（2-5 %）存在时，发现它们可以阻止合金中sigma相的形成。Al被发现是最有希望的添加物（在不引起脆化方面），并且所使用的方法使VCrMnFe-Al伪二元相图的表征在800℃/240 h热处理后，在600℃/240 h时效后达到50% at% Al，使用电子衍射发现了许多有序相。进一步确定了抑制sigma相所需的Al添加量，为今后的合金开发工作提供了依据。
A critical design criterion for future fusion reactor components is low activation. The equiatomic multi-principal element alloy VCrMnFe is comprised solely of low activation elements and forms a single-phase solid solution at temperatures over 1000 C. However, at lower temperatures it forms detrimental sigma phase. In this work, compositional gradients of Ga, Sn or Al were induced in VCrMnFe using only a furnace to investigate their effect on intermetallic formation. By examining how the microstructure changed across a region with varying composition, phase stability limits could be assessed. For example, all three elements were found to prevent sigma phase from forming within the alloy when they were present at relatively low concentrations (2–5 at%). Al was found to be the most promising addition (in terms of not causing embrittlement), and the approach used enabled the characterisation of the VCrMnFe–Al pseudo binary phase diagram up to 50 at% Al after heat treatment of 800 C/240 h followed by ageing at 600 C/240 h, with numerous ordered phases found using electron diffraction. The level of Al addition required to suppress the sigma phase has been identified more precisely, which will be useful for future alloy development work.
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