L’équipe de recherche de l’Institut de sécurité nucléaire a récemment réalisé une avancée dans la recherche sur les technologies de connexion solide pour les matériaux structuraux de fusion nucléaire, révélant l’évolution des oxydes à l’interface et les mécanismes de cicatrisation de l’interface lors de la connexion par déformation thermique.

L’acier martensitique à faible activation (CLAM) et l’alliage renforcé par dispersion d’oxydes (ODS) sont tous deux des candidats clés pour les structures de couverture des réacteurs à fusion. La technologie de fabrication de l’acier CLAM est mature, mais sa température de service est limitée à 550 °C, tandis que l’alliage 9Cr-ODS, grâce à sa haute densité de nano-oxydes dispersés, offre des propriétés mécaniques à haute température et une résistance à l’irradiation supérieures, bien que sa production à grande échelle reste limitée. Par conséquent, la connexion fiable de ces deux matériaux hétérogènes est cruciale pour fabriquer des composants de couverture de réacteurs à fusion capables de fonctionner à des températures plus élevées tout en étant produits à grande échelle.

Cependant, les techniques traditionnelles de soudage par fusion entraînent souvent la décomposition et la coarsening des nano-oxydes dans l’alliage ODS, affectant gravement les performances des joints. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont innové en adoptant la connexion par déformation thermique, une technique de connexion à l’état solide, et ont étudié systématiquement l’impact de différents niveaux de déformation à 1 050 °C sur la microstructure de l’interface et les oxydes entre l’acier CLAM et l’alliage 9Cr-ODS. Les résultats montrent que la composition, la taille et la morphologie des oxydes à l’interface évoluent significativement avec l’augmentation de la déformation. À 5 % de déformation, les gros oxydes composites Cr-Mn-Ti se décomposent progressivement avec l’augmentation de la déformation, se transformant en oxydes TiTaO₄ plus stables. À 30 % de déformation, une structure unique d’oxyde à « noyau-coquille » se forme, conduisant finalement à une nanonisation complète des oxydes à l’interface. Parallèlement, l’interface plane initiale est remplacée par des grains recristallisés dynamiquement, permettant une cicatrisation métallurgique complète de l’interface. L’évaluation des performances des joints montre qu’à 10 % de déformation, les propriétés de traction du joint de connexion sont comparables à celles du matériau de base CLAM, démontrant une excellente qualité et fiabilité de connexion. Cette étude, grâce à l’interaction thermomécanique, a transformé avec succès les oxydes d’interface fragiles en une phase nano bénéfique, offrant une nouvelle voie technologique et une base scientifique pour la fabrication de composants nucléaires à haute performance.