含氦ODS鋼中納米晶薄膜的制備、表征及性能研究.pdf

1、由于FeCr基不銹鋼材料具有突出的力學(xué)性能，可以廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料上。作為一種重要的反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，F(xiàn)eCr基合金在長期的服役過程中不可避免的承受高劑量的輻照損傷，產(chǎn)生輻照硬化、氣孔演化及腫脹。氦在金屬中有極其低的溶解度，在材料內(nèi)容易遷移、形核長大，產(chǎn)生氦脆等一系列問題，進(jìn)而導(dǎo)致材料性能退化，影響反應(yīng)堆的服役和安全性?，F(xiàn)有的一些研究發(fā)現(xiàn)，氧化物彌散強(qiáng)化(OxideDispersionStrengthen，ODS)是一種改善材料

2、抗輻照性能的有效方法，通過在合金基體中添加微量納米Y2O3顆粒(0.1％～0.5wt％)不僅可以阻礙位錯運(yùn)動，提高材料的高溫力學(xué)性能，而且彌散的納米質(zhì)點(diǎn)還可很好地湮沒輻照產(chǎn)生的缺陷，增強(qiáng)材料的抗輻照性能。與此同時，在微結(jié)構(gòu)調(diào)控方面，基體組織細(xì)化被認(rèn)為是優(yōu)化材料強(qiáng)度以及材料韌性的有效途徑之一，這主要是由于細(xì)晶材料（特別是納米材料）中存在高密度的固-固界面，也可以吸收和湮滅輻照產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷，從而有效提高在輻照環(huán)境下材料的抗輻照能力。

3、　　本論文主要采用磁控濺射方法制備不同He濃度的ODS-FeCr基薄膜，并采用FESEM、XRD、XPS、ICP、HTDS和納米壓痕等手段對薄膜的微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等進(jìn)行分析。首先利用磁控濺射在氬氣氣氛下，通過改變?yōu)R射功率、工作氣壓和襯底溫度等濺射參數(shù)，探究了制備不銹鋼薄膜的最佳條件，發(fā)現(xiàn)當(dāng)工作氣壓在1Pa左右、濺射功率取70W，襯底溫度為200℃時，制備的FeCr基薄膜性能最優(yōu)，在此基礎(chǔ)上，以最佳濺射條件制備了不同Y2O3含量的ODS-

4、FeCr基薄膜，并研究了Y2O3摻雜的添加量對薄膜在力學(xué)性能上的影響。結(jié)果表明，所制備ODS-FeCr基薄膜為納米柱狀晶結(jié)構(gòu)，粒徑7～12nm。基于XPS分析可知，薄膜中的元素Y以Y2O3的形式存在。調(diào)控復(fù)合靶中Y2O3占比可實(shí)現(xiàn)薄膜中Y含量在0～1.01at％內(nèi)變化，并隨著Y2O3的濃度增加，ODS-FeCr基薄膜的硬度值逐漸增大，當(dāng)Y含量為1.01at％時，薄膜硬度值高達(dá)16.5GPa，比純FeCr薄膜硬度值10.4GPa增加約59

5、％。對于含He的ODS-FeCr薄膜，隨著氦原子的引入，薄膜柱狀晶進(jìn)一步細(xì)化，致密性進(jìn)一步增大，改變He/Ar比例可以有效調(diào)控薄膜中的He濃度和薄膜硬度，其中He/Ar=4時，薄膜硬度達(dá)到12.75GPa。
　　采用高溫時效方法研究了退火對薄膜結(jié)構(gòu)和氦泡生長的影響，發(fā)現(xiàn)高溫退火可實(shí)現(xiàn)薄膜結(jié)構(gòu)從柱狀晶到等軸晶的轉(zhuǎn)變;而對于氦泡生長，低溫退火時，由于氦遷移能力還比較低，退火處理并不能促進(jìn)氦團(tuán)簇或小尺寸氦泡的相互結(jié)合，最后只能形成高密度