EBPVD制备Y2O3弥散强化Fe-Cr-Al薄板微观组织及性能研究

摘要

氧化物弥散强化(ODS)铁素体合金具有优异的高温力学性能和抗中子辐照能力,因此被核工业领域的研究者们选择为第4代快中子反应堆的核燃料包壳和结构材料。EBPVD技术是一种新兴的制备ODS合金的方法,它可以很好地解决现行的ODS合金制备方法难以实现大尺寸薄板的制备和10nm尺度氧化物的弥散、均匀分布的问题。本文针对EBPVD工艺制备的Y2O3增强FeCrAl基ODS合金薄板,进行了以下四个方面的研究:制备态合金薄板的微观组织结构特征;强化相Y2O3的含量对合金薄板组织及力学性能的影响;制备态薄板的强化处理;薄板在3.5％NaCl水溶液中电化学腐蚀特性研究。研究方法和主要结论如下:
　　X射线衍射分析表明基体合金为α-[Fe,Cr]相,且存在有织构。采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了制备态材料的微观组织形貌,结果表明EBPVD制备的ODS合金薄板由等轴晶区和柱状晶区组成,柱状晶形貌受基板转速影响;柱状晶之间的孔隙的大小和分布受基板温度和基板转速共同影响。弥散的强化相Y2O3颗粒的尺寸集中在4～16nm。
　　通过对Y2O3含量分别为0.68wt.%和1.17wt.%的两块薄板A1和A2的组织结构SEM观察和力学性能表征发现,基体晶粒尺寸随Y2O3含量增加而减小,Y2O3颗粒尺寸随Y2O3含量增加而增大;随着Y2O3含量的增加,薄板显微硬度增大、强度增加、塑性降低。
　　针对制备态薄板孔隙率高、组织不致密而导致其室温及高温拉伸性能较差的问题,对制备态薄板采取了高温退火处理、冷轧变形处理及冷锻+再结晶退火处理三种强化处理手段。三种强化处理后薄板的室温和高温拉伸性能均有不同程度的提高。结合处理态试样的微观组织结构观察可以断定:提高EBPVD材料拉伸性能的关键在于减少或消除闭合孔隙、提高材料致密度,粗大晶粒组织对改善高温拉伸性能也有一定效果。
　　极化曲线测试结果表明EBPVD制备的铁基ODS合金在3.5%NaCl水溶液中表现为钝化行为和点蚀特征。高温退火处理使材料的耐点蚀能力和耐均匀腐蚀能力提高;而形变处理、再结晶处理均使电化学极化电阻下降,材料耐均匀蚀性能下降,但适宜变形程度的形变处理和再结晶处理可提高耐点蚀能力。获得致密无缺陷的粗大晶粒组织,是提高EBPVD材料耐点蚀能力和耐均匀腐蚀性能的关键。

目录

EBPVD制备Y2O3弥散强化Fe-Cr-Al薄板微 观组织及性能研究

MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF Y2O3 DISPERSION STRENGTHENED Fe-Cr-Al SHEET PREPARED BY EBPVD

摘 要

Abstract

目 录

第 1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 铁基 ODS合金的研究现状

1.2.1 ODS合金的制备方法

1.2.2 MA方法制备的铁基ODS合金的组织及性能

1.3 EBPVD工艺制备薄板材料的研究现状

1.3.1 EBPVD工艺制备薄板材料的优势

1.3.2 EBPVD制备态薄板的组织特性

1.4 金属的冷变形与热处理

1.4.1 冷变形对金属组织及性能的影响

1.4.2 退火处理对金属的组织和性能的影响

1.4.3 变形金属的再结晶

1.5 工程材料的腐蚀性能评价

1.5.1 腐蚀的概念与分类

1.5.2 腐蚀的电化学评价方法

1.6 研究内容

第2章 设备、材料和分析方法

2.1 引言

2.2 EBPVD设备简介

2.3 原材料

2.4 薄板的 EBPVD制备工艺

2.5 力学性能测试

2.5.1 维氏硬度测试

2.5.2 拉伸试验

2.6 组织结构分析

2.6.1 成分分析

2.6.2 X射线衍射分析

2.6.3 扫描电子显微分析

2.6.4 透射电子显微分析

2.7 电化学腐蚀测试

2.7.1 极化曲线测试

2.7.2 交流阻抗谱测试

2.8 本章小结

第3章 制备态薄板的微观组织结构

3.1 引言

3.2 相组成

3.3 板面方向形貌

3.3.1 沉积表面形貌

3.3.2 金相浸蚀形貌

3.4 截面形貌

3.4.1 截面断口形貌

3.4.2 截面浸蚀形貌

3.5 微结构表征

3.5.1 亚晶

3.5.2 强化相形貌及尺寸

3.5.3 位错

3.5.4 孔隙

3.6 本章小结

第4章 Y2O3含量对制备态薄板组织及力学性能的影响

4.1 引言

4.2 Y2O3含量对基体晶粒和 Y2O3颗粒尺寸的影响

4.2.1弥散强化材料的基体晶粒和强化相尺寸与强化相含量的关系

4.2.2 Y2O3含量对薄板的晶粒及强化相尺寸的影响

4.3 Y2O3含量对薄板硬度的影响

4.4 Y2O3含量对薄板拉伸性能的影响

4.4.1 室温拉伸行为

4.4.2 高温拉伸行为

4.4.3 Y2O3含量对拉伸行为和强化机制的影响规律

4.5 本章小结

第5章 制备态薄板的强化处理

5.1 引言

5.2 高温退火处理

5.2.1 处理工艺

5.2.2 显微组织观察

5.2.3 显微硬度测试结果分析

5.2.4 拉伸测试结果分析

5.3 形变处理

5.3.1 处理工艺

5.3.2 显微组织观察

5.3.3 显微硬度测试结果分析

5.3.4 拉伸测试结果分析

5.4 再结晶处理

5.4.1 处理工艺

5.4.2 显微组织观察

5.4.3 显微硬度测试结果分析

5.4.4 拉伸测试结果分析

5.5 本章小结

第6章 薄板电化学腐蚀特性研究

6.1 引言

6.2 制备态薄板的电化学腐蚀特性

6.2.1 极化曲线分析

6.2.2 阻抗谱分析

6.3 强化处理对薄板腐蚀行为的影响

6.3.1 高温退火对薄板腐蚀行为的影响

6.3.2 形变处理对薄板腐蚀行为的影响

6.3.3 再结晶处理对薄板腐蚀行为的影响

6.3.4 EBPVD薄板的组织与耐点蚀能力的关系

6.4 强化处理对交流阻抗谱的影响

6.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

学位论文原创性声明

学位论文使用授权说明

致 谢

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