核能安全所3D打印CLAM鋼材料的聚變堆關鍵部件樣件

      根據科技日報，中科院合肥物質科學研究院核能安全所采用中國抗中子輻照鋼（即“CLAM鋼”）為原料，利用3D打印技術實現聚變堆關鍵部件——包層第一壁樣件的試制，并對其組織和性能進行了研究分析，相關成果日前發表在國際核材料期刊《核物理學報》上。

     3D打印技術可實現復雜結構一體化成型，具有制造周期短、材料利用率高等特點，是復雜構件制造的重要方法。研究人員以CLAM鋼為原材料，通過3D打印技術開展聚變堆包層部件的試制，探索該技術在聚變堆等先進核能系統部件制造上的可行性，以促進先進核能系統復雜構件的快速研發和性能優化,并推動其工程化應用。

經過大量實驗，研究人員首次實現了聚變堆包層第一壁抗中子輻照鋼樣件的3D打印成型。結果顯示，該樣件的尺寸精度符合設計要求，材料的致密度達到99.7%，與傳統方法制備的CLAM鋼強度相當。同時，研究還發現3D打印的逐層熔化和定向凝固特性導致了不同方向上CLAM鋼組織和性能的差異，這種差異未來可以通過掃描方案優化和熔池形核優化等方式有效減小甚至消除。

以上研究表明，3D打印技術在聚變堆等先進核能系統復雜構件制造方面具有良好的應用前景，同時體現了我國在3D打印先進核能系統部件方面較強的研發實力。

CLAM鋼全稱是中國低活化馬氏體鋼（China Low Activation Martensitic steel），是低活化鐵素體/ 馬氏體鋼鋼 (RAFM)的一種。由中國科學院FDS團隊在國家自然科學基金、中科院知識創新工程、973 計劃等項目的支持下與國內外多家研究所和大學共同設計和研發的具有中國自主知識產權的、成分及性能優化的RAFM鋼。

低活化鐵素體/馬氏體鋼鋼(RAFM)具有較低的輻照腫脹和熱膨脹系數、較高的熱導率等優良的熱物理、機械性能，以及相對較為成熟的技術基礎，因此被普遍認為是未來聚變示范堆和聚變動力堆的首選結構材料。目前世界各國均在發展和研究各自的RAFM鋼，如日本的F82H和JLF21，歐洲的EUROFER 97以及美國的9Cr-2WVTa等。為了趕上國際聚變堆研究形勢發展的步伐，適應即將建造的國際熱核聚變實驗堆(ITER)實驗包層模塊(TBM)和未來動力示范堆發展的需要，從2001年開始，中科院等離子體物理研究所FDS(FusionDesignStudy)團隊在國家自然科學基金、中科院知識創新工程、973計劃等項目的支持下與國內外多家研究所和大學，如北京科技大學、中國原子能科學研究院、中科院金屬研究所、日本國立聚變科學研究所、西安交通大學等單位合作下，開展了對中國低活化馬氏體鋼—CLAM鋼的設計與研究，以發展具有中國自主知識產權的、成分及性能優化的RAFM鋼。近幾年來CLAM鋼研究取得了較大的進展，現在已經發展到噸級的冶煉水平。