偏滤器是磁约束核聚变装置最为关键的系统之一，直接承受强粒子流和高热流的冲击，服役环境十分苛刻，而满足偏滤器运行环境的热沉材料是聚变堆正常运行的关键之一。受控核聚变领域近30年的研究和工程经验表明，铜合金以高热导率、较高的强度、较好的热稳定性和抗中子辐照性能被认为是聚变堆偏滤器用热沉材料的首要候选材料，也可能是水冷偏滤器热沉材料的唯一候选材料。但是，根据现有商用铜合金在下一代聚变堆(中国聚变工程试验堆(CFETR)和示范性聚变核电厂(DEMO))偏滤器模拟工况下的表现，发现其无法满足CFETR偏滤器的运行要求。目前，CFETR装置的设计和预研工作已经开展并按计划稳步推进，此时适用于高热负荷部件的热沉材料研制工作就显得十分重要。本文依据中国聚变能发展路线图，介绍了下一代聚变堆偏滤器热沉材料的服役工况及其对热沉材料的要求，对现有的铜合金在下一代聚变堆偏滤器运行环境下可能存在的问题进行综合评述，最后针对我国CFETR偏滤器热沉材料的相关问题提出了应对策略。

氢作为新型载能体在未来能源市场占据举足轻重的地位，然而金属材料的氢脆现象却成为阻碍氢能发展的主要瓶颈。由于原子氢在材料内部的固有本质(如可快速扩散、跨尺度分布以及不稳定性等)，氢脆问题一直是个悬而未决但又引人入胜的科学问题。近20年来，随着多尺度力学表征技术的发展，冶金学者针对氢脆问题做了大量研究工作。本文基于此，综述了氢脆研究的最新进展：首先简述了表征材料氢脆倾向性的宏观力学尺度实验(如恒载荷、慢应变速率拉伸实验等)并对比分析各自优缺点；其次从介观尺度上分析了氢-压痕法的特点及主要应用范围；最后基于纳米压痕技术、微圆柱压缩和微悬臂梁弯曲以及环境TEM等原位力学实验表征材料在氢条件下的力学响应行为，重点讨论微纳观力学尺度上氢脆本质的最新研究成果；并对比分析不同实验结果，阐明其诠释氢脆机理的对立统一关系。

采用多向锻造与轧制(MDFR)制备了Mg-4.4Li-2.5Zn-0.46Al-0.74Y合金，利用拉伸机、OM和XRD等研究了热拉伸流动应力、组织演变、本构模型与变形机理。结果表明，合金多向锻造晶粒细化机理为机械式剪切破碎与动态再结晶细化。合金在523~573 K时，热变形组织主要发生动态回复与动态再结晶；≥ 573 K时，热变形组织主要发生晶粒长大；在623 K发生由晶粒长大引起的应变硬化。合金退火组织由α(Mg)、β(Li)、Al₂Y、Al₁₂Mg₁₇、LiAl和Mg₂Y相组成。本构分析表明，合金应力指数为4.4，变形激活能为120.40 kJ/mol；623 K、1.67 × 10^-4 s^-1条件下，对应240%延伸率的位错密度和数量与原子扩散计算表明，合金在该条件下的变形机理为晶格扩散控制的位错蠕变。晶粒长大模型确定该条件下的晶粒长大指数q = 2，比例因子α' = 0.2。

以球形Ti-6Al-4V合金粉末为原料，采用电子束选区熔化(selective electron beam melting，SEBM)技术制备了片状三周期极小曲面(triply periodic minimal surface，TPMS)点阵材料以及桁架点阵材料，研究了点阵材料的成形质量、显微组织及压缩性能。成形结果表明，SEBM成形片状TPMS和桁架点阵材料尺寸精度在电子束束斑直径范围之内，与计算机辅助设计(computer aided design，CAD)模型具有较好的几何一致性；SEBM成形Ti-6Al-4V点阵材料的微观组织为原始粗大β柱状晶，晶内为细小正交的α'马氏体组织以及细小α + β组织；TPMS点阵材料较桁架点阵材料表现出优越的力学性能，其中，金刚石(D)型点阵材料在TPMS点阵材料中具有最高的压缩强度，其比抗压强度可达146.9 MPa/(g·cm^-3)，远高于相同相对密度下桁架点阵材料的最高比抗压强度119.6 MPa/(g·cm^-3)。

利用SEM及EBSD技术，研究热变形参数(变形方式、变形温度、变形量、应变速率、保温时间)对TC18钛合金β相组织及织构演变规律的影响。结果表明，TC18钛合金在热压缩及两相区热拉伸时，β相均以动态回复为主。在热压缩后，主要形成{100}及{111}织构，在热拉伸后，主要形成{110}织构；在单相区压缩时，随着变形温度升高、变形量提高、应变速率降低，{100}织构比例提高、{111}织构比例降低；在两相区压缩时，随着变形温度升高、变形量提高，{100}织构比例提高、{111}织构比例降低；在两相区拉伸时，随着变形量提高，{110}织构比例逐渐提高。

利用SEM、TEM、XRD和EBSD等微观分析手段，研究了核电SA508-3钢马氏体(M)-残余奥氏体(A_R)岛(M-A岛)高温回火转变对冲击韧性的影响机制。结果表明，正火态SA508-3钢中M-A岛呈块状，以A_R为主。M-A岛经650℃高温回火后，转变成铁素体和M₃C碳化物组成的析出相聚集区。沿析出相聚集区边缘分布的粗大M₃C易诱发裂纹萌生而发生解理断裂，导致SA508-3钢低温冲击韧性偏低。进一步研究表明，深冷或回火预处理将M-A岛转变成过渡产物，可改善正火态SA508-3钢650℃高温回火后析出相聚集区中M₃C的尺寸、形态和分布，进而在一定程度上提高了SA508-3钢低温冲击韧性，其中400℃预回火处理效果最佳。这是由于，经400℃预回火后，M-A岛中A_R将完全转变成细小的贝氏体，其内部具有高密度板条亚结构和渗碳体，为M₃C在析出相聚集区内均匀析出提供形核点；同时，400℃预回火也减少了M-A岛边缘位错密度和相变残余应力，避免了650℃高温回火过程中M₃C在原块状M-A岛边缘形核和迅速长大，有利于M₃C在析出相聚集区内均匀弥散分布。

采用室温拉伸、500℃高温拉伸、显微硬度、SEM、TEM等方法研究中国低活化马氏体钢(CLAM钢)多道次模压变形诱导沉淀相回溶和析出对力学性能的影响。结果表明，三道次模压变形后，有效细化了晶粒和沉淀相，尺寸为5 μm以上的晶粒所占体积分数减小为0.49%，M₂₃C₆相和MX相平均尺寸分别从107.32和17.12 nm减小到93.97和13.59 nm。累积应变为2.32时，抗拉强度和硬度分别为720 MPa和2.46 GPa，较变形前分别增加了22.87%和12.33%；当累积应变达到3.48时，与累积应变为2.32时相比其强度降低了4.31%，硬度和延伸率分别上升了2.03%和6.27%，该变化与变形过程中发生明显的沉淀相回溶有关。

对冷变形引入位错缺陷的奥氏体316不锈钢进行电化学充氢实验，采用正电子湮没谱学和热脱附谱仪对样品的氢致缺陷和充氢含量进行实验分析，研究位错对氢致缺陷的形成及氢在材料中滞留行为的作用。结果表明，充氢后正电子湮没Doppler展宽能谱的S参数增大，形变样品的S参数变化更为明显，表明形变样品充氢后形成了大量的空位型缺陷，而且H原子有可能在位错附近聚集形成大量开体积缺陷。S-W曲线显示充氢后正电子湮没参数向近表面移动，反映了样品中位错缺陷对H原子扩散行为的抑制作用，分析表明，充氢过程中氢与空位(V)结合形成H_mV_n(n > m)复合体的过程优先于空位缺陷的形成过程。热脱附谱结果显示，氢从位错中的脱附激活能增加，位错的存在使氢的滞留量增加。

采用电弧熔炼、锻造和拔丝方法原位合成了一种高Nb含量的NiTi-NbTi记忆合金复合材料。TEM显微分析显示，在材料内部纳米尺度的NbTi和NiTi纤维沿丝材轴向交替分布，NbTi纤维体积分数高达约70%。通过同步辐射高能X射线原位拉伸实验研究了复合材料的变形机制。结果显示，虽然NiTi体积分数仅约30%，但复合材料的变形仍受NiTi的应力诱发相变控制。在加载初期，复合材料先发生均匀变形，并且在拉伸曲线出现屈服平台之前，NiTi已发生均匀相变。当平台出现之后，NiTi转而发生Lüders带型相变，进而诱发NbTi也随之发生Lüders带型变形，使整个复合材料都展现Lüders带型变形。Lüders带前沿存在载荷转移现象，载荷由正在发生相变的B2-NiTi同时转移到NbTi相及之前在均匀相变过程中形成的B19'-TiNi马氏体相。

通过硬度测试、DSC分析及TEM观测研究了Cu含量对17%SiC (体积分数)颗粒增强Al-1.2Mg-0.6Si-xCu (x = 0、0.2、0.6、1.0、1.2，质量分数，%)复合材料自然时效负面效应的影响规律，并与未增强合金进行了比较。结果表明，与不含Cu的情况相比，添加Cu可以减小复合材料及铝合金在直接人工时效态和先自然时效后人工时效态的硬度差值(ΔH)。其原因在于Cu可以促进人工时效时β"相析出，并形成稳定性良好的L相(一种含Cu纳米相，不易粗化)。然而，Cu会加剧自然时效团簇形成，这些团簇难以在人工时效时转变成析出相，不利于人工时效硬化。因此，Cu对于抑制自然时效的负面效应既存在有利影响，也存在不利影响，表现为ΔH随Cu含量增加产生波动变化。此外，随Cu含量增加，Cu抑制自然时效负面效应的作用在复合材料和合金中表现出不同的规律。与不含Cu的样品相比，复合材料中添加0.2%Cu即可显著降低ΔH，但在铝合金中Cu需增加至0.6%才出现明显效果。这种差异主要源自2方面原因：其一，在铝合金中添加0.2%Cu即会明显促进自然时效团簇的形成；而复合材料中界面及位错湮灭了空位，故0.2%Cu对自然时效团簇析出行为的影响不大；其二，复合材料中添加0.2%Cu便可形成L相，但合金中却不会。

利用新型液固分离技术制备40% (体积分数)-金刚石/Al复合材料封装基板，通过SEM、EPMA和XRD观察和分析复合材料的断口形貌及界面结构，分析金刚石颗粒尺寸(90、106、124和210 µm)对金刚石/Al复合材料热物性的影响。结果表明，复合材料致密度随金刚石颗粒尺寸增加呈现先增加后急剧降低的规律，在颗粒尺寸为106 µm时，致密度达到极大值。复合材料界面处未发现有恶化性能的Al₄C₃生成。复合材料的热膨胀系数随金刚石颗粒尺寸增加略有增大，保持相对稳定，Kerner模型可以准确模拟复合材料热膨胀系数。热导率受金刚石颗粒尺寸和界面行为共同作用，与致密度呈现相同变化规律。金刚石颗粒尺寸为106 µm的金刚石/Al复合材料具有最佳的综合性能，致密度达到97.12%，热膨胀系数为12.4 × 10^-6 K^-1，热导率为153.1 W/(m·K)，达到Maxwell-Eucken模型预测值的69.31%，气密性指标满足电子封装材料军用装配标准。

基于构建适用于第一性原理计算、原子比例准确为Sm∶Co = 1∶7的晶体结构模型，依据实验研究中得到的物相共存结果，对Mn和In掺杂的Sm-Co体系模型进行了系列计算分析。利用热力学计算方法，定量化研究了Mn和In在Sm-Co体系中优先占位特点及掺杂元素占位概率随温度的变化规律。通过Sm-Co合金掺杂体系的能量和电子结构计算，研究了Mn和In单掺杂SmCo₇体系的结构稳定性。基于计算结果揭示了Mn和In对掺杂合金体系中原子间相互作用的影响，阐明了提升体系结构稳定性的微观机制，并提出了Mn添加可增加SmCo₇合金的总磁矩，揭示了掺杂元素对SmCo₇合金饱和磁化强度的影响规律。