大多数常规钛合金含有半衰期长的核素,不利于核反应堆结构材料服役后的回收再利用,而且传统的α钛合金因抗拉强度和屈服强度太低而无法应用于核反应堆。为了安全和有效地回收核反应堆服役后的材料部件,必须研发出一种快速诱导放射性衰变、高强度、耐腐蚀和抗辐照肿胀的钛合金材料。本文设计并研究了一种用于核反应堆压力容器部件的新型近α钛合金材料,通过电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了低活化Ti-Ta-V合金的微观结构演变,随后通过原子力显微镜(AFM)和掠入射X射线衍射(GIXRD)技术进行详细的辐照行为研究。最后通过分子动力学模拟详细研究了低活化Ti-Ta-V合金与CP-Ti的位移级联碰撞的演变机制。主要结论如下:基于JMat Pro软件设计出添加低活化元素Ta与V的钛合金,通过真空非自耗电弧熔炼制备出Ti-Ta-V合金,经过轧制与热处理,其物相结构依然是α-Ti,并未产生相变。不同原子半径的元素加入导致了晶格畸变,晶格常数减小,晶面间距缩小。与CP-Ti相比,晶格畸变与固溶强化使得Ti-Ta-V合金的强韧性显著提高,同时在3.5%Na MK-2206ClNovel inflammatory biomarkers溶液中具有良好的耐腐蚀性能。通过原子力显微镜(AFM)技术发现,与CP-Ti相比,Ti-Ta-V合金的辐照肿胀高度明显降低,表明在室温He离子辐照条件下,添加Ta和V原子的Ti-Ta-V合金的辐照肿胀受到了明显抑制。通过掠入射X射线衍射得出Ti-Ta-V合金在辐照前后物相未产生第二相,但是晶格参数两者均变小。由于Ta、V原子的尺寸与基体原子(Ti)的尺寸不同,产生了晶格畸变,增强了空位和间隙原子的复合,降低了空位的迁移率,抑制了空位的生长,从而降低了辐照肿胀高度。而且未形成大量的大尺寸的氦泡,结果表明Ti-Ta-V合金在HeKPT-330生产商离子辐照条件下具有良好的抗辐照性能。分子动力学(MD)模拟研究了辐照行为和级联碰撞,Ti-Ta-V合金相比于CP-Ti产生了少量稳定的缺陷,具有较小的团簇尺寸和密度。通过不同尺寸原子的Ta、V元素吸收由级联碰撞产生的缺陷,表明Ti-Ta-V合金具有良好的抗辐照性能,这与He离子辐照实验结果一致。综上所述,Ti-Ta-V合金有望成为核反应堆应用的新型钛合金,这为低活化和抗辐射核材料的选择和优化提供了新思路。