阿贡国家实验室研究3D打印不锈钢在核反应堆中的应用

阿贡国家实验室的研究人员开展了两项研究，考察了核反应堆中使用的3D打印不锈钢合金。这两项研究的重点是了解增材制造如何影响钢部件的微观结构及其对热处理工艺的响应。

3D打印并热处理的709合金不锈钢的透射电子显微镜图像。实验表明，其微观结构中存在大量位错。（图片来源：阿贡国家实验室）

研究团队利用激光粉末床熔合技术（LPBF）打印了两种不锈钢合金样品：316H（一种用于核反应堆结构部件的成熟材料）和709合金（一种专为先进反应堆应用而设计的新型合金）。他们利用X射线衍射和电子显微镜将打印材料与传统生产的钢材进行了比较。

研究表明，3D打印钢材含有更多位错——这种结构缺陷可以增强钢材强度，但也会增加内部应力。热处理工艺对打印钢材和传统钢材的影响有所不同，打印材料中的纳米氧化物会阻碍晶粒的运动和生长。“纳米氧化物会阻碍位错的运动和新晶粒的生长，导致LPBF打印钢材和锻造钢材对热处理的反应存在显著差异，”阿贡国家实验室材料科学家、两项研究的合著者张轩说道。

在A709合金的研究中，研究人员发现，打印样品在室温和1022°F（约400摄氏度）下都表现出比锻造A709更高的抗拉强度。这标志着对增材制造A709合金的首次实验检验。“我们的研究结果将为增材制造钢材的定制热处理技术开发提供参考，”两项研究的合著者、阿贡国家实验室材料科学家Srinivas Aditya Mantri说道。

这项研究由美国能源部核能办公室先进材料和制造技术项目资助。该研究利用了阿贡国家实验室纳米材料中心和先进光子源的设施，这两个设施均为美国能源部科学办公室的用户设施。

来源：anl.gov