EBPVD制備Y2O3彌散強(qiáng)化FeCrAl薄板力學(xué)行為及微觀結(jié)構(gòu).pdf

1、氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)合金以其優(yōu)異的高溫性能成為可重復(fù)使用飛行器金屬熱防護(hù)系統(tǒng)面板的候選材料。然而目前ODS合金的制備方法在制備大尺寸薄板材料時(shí)存在加工困難，氧化物顆粒尺寸難以控制等問(wèn)題。作為一種涂層制備方法，電子束物理氣相沉積(EBPVD)方法也可以用來(lái)制備ODS合金薄板材料，并以其工藝簡(jiǎn)單，沉積速度快，氧化物含量，尺寸，分布易于控制，和近凈成形的特點(diǎn)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而作為一種制備 ODS合金薄板材料的新方法，EBPVD方法制備的材

2、料的組織結(jié)構(gòu)控制和力學(xué)性能優(yōu)化問(wèn)題亟待解決。
　　本文以 EBPVD方法制備的Y2O3彌散強(qiáng)化 FeCrAl高溫合金薄板材料為研究對(duì)象，主要研究了四個(gè)方面的內(nèi)容：制備態(tài)材料的組織結(jié)構(gòu)及形成機(jī)理；彌散強(qiáng)化相氧化釔的表征及強(qiáng)化機(jī)制；材料的室溫及高溫拉伸行為及主要變形機(jī)制；材料的蠕變行為及蠕變本構(gòu)方程。具體研究方法和主要結(jié)論如下：
　　改變基板旋轉(zhuǎn)速度和蒸汽入射方式兩個(gè)工藝參數(shù)，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察不同基板旋轉(zhuǎn)速度和蒸汽

3、入射方式下制備材料的表面和截面形貌；用X射線極圖方法表征不同蒸汽入射方式下薄板不同厚度處的織構(gòu)。發(fā)現(xiàn) EBPVD方法制備的ODS合金薄板組織形貌可控，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，可以獲得螺旋狀或是柱狀晶組織形貌。基于薄板晶粒生長(zhǎng)跟隨蒸汽入射方向變化的思想建立的柱狀晶的傾斜角度的幾何模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽入射角度時(shí)時(shí)非對(duì)稱變化的復(fù)雜情況下的柱狀晶傾斜角度的半定量計(jì)算。建立了蒸汽入射方式，組織形貌，晶體學(xué)取向三者的關(guān)系。解釋了蒸汽入射方式影響組織形貌和

4、晶體學(xué)取向的本質(zhì)原因。
　　用X射線衍射(XRD)，高分辨/透射電子顯微鏡(HR/TEM)，X射線光電子能譜(XPS)，電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)表征了材料的亞結(jié)構(gòu)，氧化釔顆粒的晶體結(jié)構(gòu)，價(jià)態(tài)，尺寸及分布，高溫長(zhǎng)時(shí)間（800℃220h）保溫處理后的彌散相尺寸和分布。發(fā)現(xiàn)氧化釔顆粒呈球形或橢球形均勻彌散的分布于基體晶粒中，顆粒尺寸在幾納米到幾十納米的范圍，可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)控制基體晶粒尺寸和氧化釔顆粒尺寸。氧化釔顆粒通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)

5、化和Orowan強(qiáng)化機(jī)制提高材料的室溫強(qiáng)度。不同于機(jī)械合金化方法制備ODS合金中形成復(fù)雜氧化物的情況，EBPVD方法制備的鐵基 ODS合金中Y和O元素以穩(wěn)定的體心立方結(jié)構(gòu)的α-Y2O3形式存在。晶體晶粒和氧化釔顆粒在800℃高溫下組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很好。
　　研究了氧化釔含量分別為0、0.8wt.％和1.2wt.%的FeCrAl合金薄板的室溫和高溫（500℃-1000℃）拉伸變形行為，用TEM方法表征了拉伸變形區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)，討論了不

6、同溫度拉伸的主要變形機(jī)理。發(fā)現(xiàn)通過(guò)添加氧化釔彌散相，能夠顯著地提高材料的高溫強(qiáng)度，800℃含0.8wt.%Y2O3的材料強(qiáng)度提高51.2%；1000℃含1.2wt.%Y2O3的材料強(qiáng)度提高64.0%。但氧化釔的添加量要根據(jù)使用溫度來(lái)選擇，氧化釔含量越高材料越脆。
　　對(duì)比研究了氧化釔含量為1.2wt.%的FeCrAl合金薄板和不含氧化釔的FeCrAl合金薄板的蠕變行為（575℃-625℃，800℃-900℃），用TEM和EBSD方