托木斯克理工大学(TPU)科学家成功研发出一种用于热核反应堆部件的新型多层涂层结构。该结构具备极高热稳定性，能在极端条件下“自愈”，显著延长反应堆设备使用寿命。这一成果为核工业材料技术提供了新解决方案。
传统多层纳米层状涂层虽以高强度、耐腐蚀性和耐辐射性广泛应用于核领域，但在高温与辐射共同作用下性能受限。TPU团队提出的功能梯度材料(FGM)涂层结构，通过精准设计层状梯度，突破了这一瓶颈。该涂层由四层构成：厚度约3微米的保护性铌层、1微米厚的纳米级铌-锆交替耐辐射层、10微米厚的锆粘附层，以及0.7毫米厚含1%铌的锆合金基体。这种分层设计不仅提升了热稳定性，还能将缺陷定位至特定层位，通过重新导向活性区域实现“自愈”。“与简单纳米层状结构不同，我们的设计让活性区域与损伤分布精准匹配，从而优化了自愈机制。”TPU实验物理系代理主任罗曼·拉普捷夫解释道。
为验证性能，研究团队在真实设备上进行了原位测试，温度高达900摄氏度。通过X射线衍射、多普勒展宽光谱和透射电子显微镜的联合分析，实时观察了涂层在加热过程中的缺陷演变与晶格变化。结果显示，涂层加热后仍能保持多层结构与界面密度，且相变可逆，材料性能未显著退化。“结合原位分析与传统实验，我们证明了该涂层结构具备抗热应力能力，可承受极端加热-冷却循环。”拉普捷夫补充说。这一特性对评估涂层在实际运行中的耐久性至关重要。
该研究由TPU核工程学院实验物理系及研究型核反应堆团队联合完成，属于国家“科学”项目的一部分，成果已发表于《材料科学杂志》(Q1，影响因子3.9)。
