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EBPVD制备Y₂O₃弥散强化Fe-Cr-Al薄板微观组织及性能研究

作　者: 苏洪娜
导　师: 孙跃
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: ODS合金 EBPVD 再结晶致密化处理电化学腐蚀
分类号: TG141
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

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4¹6nm。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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-23
  1.1 课题背景及研究意义  10-11
  1.2 铁基 ODS 合金的研究现状  11-13
    1.2.1 ODS 合金的制备方法  11-12
    1.2.2 MA 方法制备的铁基 ODS 合金的组织及性能  12-13
  1.3 EBPVD 工艺制备薄板材料的研究现状  13-15
    1.3.1 EBPVD 工艺制备薄板材料的优势  13
    1.3.2 EBPVD 制备态薄板的组织特性  13-15
  1.4 金属的冷变形与热处理  15-18
    1.4.1 冷变形对金属组织及性能的影响  15
    1.4.2 退火处理对金属的组织和性能的影响  15-16
    1.4.3 变形金属的再结晶  16-18
  1.5 工程材料的腐蚀性能评价  18-21
    1.5.1 腐蚀的概念与分类  18
    1.5.2 腐蚀的电化学评价方法  18-21
  1.6 研究内容  21-23
第2章设备、材料和分析方法  23-30
  2.1 引言  23
  2.2 EBPVD 设备简介  23-24
  2.3 原材料  24-25
  2.4 薄板的 EBPVD 制备工艺  25-26
  2.5 力学性能测试  26-27
    2.5.1 维氏硬度测试  26-27
    2.5.2 拉伸试验  27
  2.6 组织结构分析  27-28
    2.6.1 成分分析  27
    2.6.2 X 射线衍射分析  27
    2.6.3 扫描电子显微分析  27-28
    2.6.4 透射电子显微分析  28
  2.7 电化学腐蚀测试  28-29
    2.7.1 极化曲线测试  28
    2.7.2 交流阻抗谱测试  28-29
  2.8 本章小结  29-30
第3章制备态薄板的微观组织结构  30-42
  3.1 引言  30
  3.2 相组成  30-31
  3.3 板面方向形貌  31-34
    3.3.1 沉积表面形貌  31-32
    3.3.2 金相浸蚀形貌  32-34
  3.4 截面形貌  34-36
    3.4.1 截面断口形貌  34-36
    3.4.2 截面浸蚀形貌  36
  3.5 微结构表征  36-41
    3.5.1 亚晶  36-37
    3.5.2 强化相形貌及尺寸  37-39
    3.5.3 位错  39-40
    3.5.4 孔隙  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章 Y_2O_3含量对制备态薄板组织及力学性能的影响  42-51
  4.1 引言  42
  4.2 Y_2O_3含量对基体晶粒和 Y_2O_3颗粒尺寸的影响  42-45
    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  42-44
    4.2.2 Y_2O_3 含量对薄板的晶粒及强化相尺寸的影响  44-45
  4.3 Y_2O_3含量对薄板硬度的影响  45-46
  4.4 Y_2O_3含量对薄板拉伸性能的影响  46-50
    4.4.1 室温拉伸行为  46
    4.4.2 高温拉伸行为  46-48
    4.4.3 Y_2O_3含量对拉伸行为的影响规律  48-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章制备态薄板的强化处理  51-65
  5.1 引言  51
  5.2 高温退火处理  51-54
    5.2.1 处理工艺  51-52
    5.2.2 显微组织观察  52-53
    5.2.3 显微硬度测试结果分析  53
    5.2.4 拉伸测试结果分析  53-54
  5.3 形变处理  54-60
    5.3.1 处理工艺  54-56
    5.3.2 显微组织观察  56-58
    5.3.3 显微硬度测试结果分析  58-59
    5.3.4 拉伸测试结果分析  59-60
  5.4 再结晶处理  60-64
    5.4.1 处理工艺  60-62
    5.4.2 显微组织观察  62
    5.4.3 显微硬度测试结果分析  62-63
    5.4.4 拉伸测试结果分析  63-64
  5.5 本章小结  64-65
第6章薄板电化学腐蚀特性研究  65-77
  6.1 引言  65
  6.2 制备态薄板的电化学腐蚀特性  65-68
    6.2.1 极化曲线分析  65-67
    6.2.2 阻抗谱分析  67-68
  6.3 强化处理对薄板腐蚀行为的影响  68-74
    6.3.1 高温退火对薄板腐蚀行为的影响  68-69
    6.3.2 形变处理对薄板腐蚀行为的影响  69-71
    6.3.3 再结晶处理对薄板腐蚀行为的影响  71-72
    6.3.4 EBPVD 薄板的组织与耐点蚀能力的关系  72-74
  6.4 强化处理对交流阻抗谱的影响  74-75
  6.5 本章小结  75-77
结论  77-79
参考文献  79-84
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  84-86
致谢  86-87
个人简历  87

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