Recentemente, a equipe de pesquisa do Instituto de Segurança Nuclear obteve novos avanços no estudo de tecnologias de conexão em estado sólido para materiais estruturais de fusão nuclear, revelando a evolução dos óxidos na interface e os mecanismos de cicatrização durante o processo de conexão por deformação térmica. Os resultados da pesquisa foram publicados na renomada revista da área de ciência dos materiais Materials Characterization.

O aço martensítico de baixa ativação da China (CLAM) e a liga reforçada por dispersão de óxidos (ODS) são ambos materiais candidatos essenciais para a estrutura do invólucro de reatores de fusão. O processo de fabricação do aço CLAM é maduro, mas sua temperatura máxima de serviço é de 550 °C, enquanto a liga 9Cr-ODS, devido à dispersão interna de óxidos nanoestruturados de alta densidade, apresenta desempenho mecânico e resistência à radiação superiores em altas temperaturas, mas atualmente sua produção em escala é limitada. Portanto, realizar uma conexão confiável entre esses dois materiais heterogêneos é crucial para fabricar componentes do invólucro de reatores de fusão capazes de operar em temperaturas mais elevadas e produzidos em escala.

No entanto, as técnicas tradicionais de soldagem por fusão tendem a causar decomposição e crescimento dos óxidos nanoestruturados na liga ODS, afetando seriamente o desempenho das juntas. Para resolver esse desafio, os pesquisadores inovaram utilizando a tecnologia de conexão por deformação térmica em estado sólido, estudando sistematicamente o efeito de diferentes níveis de deformação na microestrutura da interface e nos óxidos entre o aço CLAM e a liga 9Cr-ODS a 1050 °C. Os resultados mostram que a composição, o tamanho e a morfologia dos óxidos na interface mudam significativamente com o aumento da deformação. Sob 5% de deformação, os óxidos compostos Cr-Mn-Ti presentes inicialmente se decompõem gradualmente e se transformam em óxidos TiTaO₄ mais estáveis; sob 30% de deformação, forma-se adicionalmente uma estrutura de óxidos "núcleo-casca", resultando na completa nanoestruturação dos óxidos da interface. Simultaneamente, a interface originalmente plana é substituída por grãos recristalizados dinâmicos, alcançando cicatrização metálica completa da interface. A avaliação do desempenho da junta mostrou que, sob 10% de deformação, a resistência à tração da conexão é comparável ao do material base de aço CLAM, demonstrando excelente qualidade e confiabilidade da conexão. Este estudo, por meio da ação sinérgica térmica e mecânica, conseguiu transformar óxidos frágeis da interface em fases nanoestruturadas benéficas, fornecendo um novo caminho tecnológico e base científica para a fabricação de componentes nucleares de alto desempenho.

Este trabalho de pesquisa recebeu apoio da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, do Programa de Parcerias Internacionais da Academia Chinesa de Ciências e do Projeto de Pesquisa Inovadora do Grupo de Indústria Nuclear da China.