本文選題：納米結(jié)構(gòu)氧化物彌散強(qiáng)化鋼　切入點(diǎn)：金屬氣霧化　出處：《東北大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：納米結(jié)構(gòu)氧化物彌散強(qiáng)化(Nanostructured Oxide Dispersion Strengthened, ODS)鋼中彌散分布著極高密度的納米尺寸氧化物彌散強(qiáng)化相,同時(shí)具有亞微米級(jí)的晶粒組織,這些微觀結(jié)構(gòu)特征使得納米結(jié)構(gòu)ODS鋼具有優(yōu)異的高溫蠕變性能和抗輻照性能,被認(rèn)為是第四代裂變堆燃料棒包殼的理想候選材料。納米結(jié)構(gòu)ODS鋼常規(guī)的制備工藝需要長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械合金化來(lái)實(shí)現(xiàn)合金元素在Fe基體中的充分固溶,導(dǎo)致了生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高,同時(shí)不可避免受到來(lái)自氣氛和球磨介質(zhì)的污染,引起納米結(jié)構(gòu)ODS鋼性能的下降。為了提高納米結(jié)構(gòu)ODS鋼的制備能力和改善其性能,本文提出了新的納米結(jié)構(gòu)ODS鋼制備工藝,即金屬霧化制粉技術(shù)直接制備ODS鋼過(guò)飽和固溶體合金粉,經(jīng)過(guò)短時(shí)球磨和熱等靜壓成形獲得納米結(jié)構(gòu)ODS鋼,該方法已獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)。本文針對(duì)新方法制備的納米結(jié)構(gòu)ODS鋼中組織結(jié)構(gòu)和性能的演化和優(yōu)化開(kāi)展了深入的研究：觀察了霧化合金粉及球磨不同時(shí)間的霧化合金粉的形貌、物相以及合金粉的顆粒尺寸；研究了霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼的微觀組織和力學(xué)性能；分析了球磨時(shí)間和熱等靜壓溫度對(duì)霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響;利用小角X射線(xiàn)散射(Small Angle X-ray Scattering, SAXS)技術(shù)研究Y/Ti原子比、熱等靜壓溫度、球磨時(shí)間對(duì)納米結(jié)構(gòu)ODS鋼中納米析出相尺寸分布、分布密度的影響。得到以下結(jié)論：(1)霧化法制備的過(guò)飽和固溶體合金粉形態(tài)呈規(guī)則的球形,平均粒徑為47μm。霧化合金粉以鐵素體組織為主,平均晶粒尺寸約2μm。各合金元素在霧化過(guò)程中已固溶到Fe基體之中。(2)霧化合金粉的平均粒徑在整個(gè)球磨過(guò)程中先增大后下降,球磨2h時(shí)霧化合金粉的平均粒徑最大,為111μm。繼續(xù)球磨霧化合金粉的平均粒徑不斷減小,球磨30 h后,合金粉顆粒的尺寸幾乎不再發(fā)生變化。隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng),霧化合金粉的晶粒尺寸逐漸減小,球磨20 h后霧化合金粉的平均晶粒尺寸減小到10.8 nm,繼續(xù)延長(zhǎng)球磨時(shí)間,霧化合金粉的平均晶粒尺寸基本保持不變。霧化合金粉晶格畸變與硬度隨球磨時(shí)間變化的規(guī)律與晶粒尺寸完全相反。與純金屬元素粉+Y2O3粉末的球磨過(guò)程相比,使用霧化合金粉可以顯著的縮短球磨時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。(3)霧化合金粉經(jīng)過(guò)短時(shí)(20 h)球磨熱等靜壓后成形的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼的密度接近鐵素體鋼的理論密度。其組織由等軸狀鐵素體和少量板條馬氏體組成,晶粒尺寸從幾百個(gè)納米到幾個(gè)微米,平均晶粒尺寸為0.7μm�；w中形成的析出相以高密度彌散分布的富Y-Ti-O納米團(tuán)簇(分布密度約為3.5×1 022/m3)為主,還存在少量平均直徑約10-30 nm的Y2Ti2O7(密度約為1.57×1020/m3)和極少量尺寸接近100 nm的A1203相及CrTi2O5相。霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼室溫、550℃和650℃的抗拉強(qiáng)度分別為1318 MPa、960 MPa和25 1 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了使用霧化合金粉制備納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼工藝的可行性。(4)電子背散射衍射和高角環(huán)形暗場(chǎng)像實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明球磨時(shí)間由O h增加到20 h,納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼的平均晶粒尺寸由3.49¨m下降到0.47μm,納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼中富Y、Ti、O納米析出相的分布密度由6.17×1020／m3增加到1.2×1022/m3。SAXS實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,球磨20 h霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼中形成極高密度富Y-Ti-O納米團(tuán)簇,其分布密度和平均直徑分別為6.59-1023/m3和2.7 nm,而球磨0 h和8 h霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼中富Y-Ti-O納米團(tuán)簇的分布密度極低。球磨8 h霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼中Y2Ti207的分布密度最高達(dá)到1.03x 1022/m3,平均直徑為7.5 nm。隨著球磨時(shí)間延長(zhǎng),納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼的抗拉強(qiáng)度不斷提高。球磨20 h霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼在整個(gè)測(cè)試溫度范圍內(nèi)具有最高的抗拉強(qiáng)度,而球磨0 h霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼的抗拉強(qiáng)度最低。(5)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱等靜壓溫度對(duì)納米結(jié)構(gòu)ODS鋼的微觀組織形貌、富Y、Ti、O納米尺寸析出相的分布特征、力學(xué)性能具有顯著的影響。霧化合金粉制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼的晶粒隨著熱等靜壓溫度的升高而長(zhǎng)大,富Y、Ti、O納米析出相的分布密度卻隨著熱等靜壓溫度升高而降低。當(dāng)熱等靜壓溫度由900℃升高到1200℃,納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼中富Y、Ti、O納米析出相的分布密度由3.94×1022/m3下降到8.66×1021/m3,富Y、Ti、O納米析出相的平均直徑隨著熱等靜壓溫度的升高由4.5 nm增加到7.8nm。降低熱等靜壓溫度有利于提高納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼的抗拉強(qiáng)度,900℃熱等靜壓成形的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼的室溫抗拉強(qiáng)度最高,達(dá)到1509 MPa。在25-600℃范圍內(nèi),900℃熱等靜壓成形樣品的抗拉強(qiáng)度均高于1100℃和1200℃熱等靜壓成形的樣品；熱等靜壓溫度對(duì)常規(guī)工藝制備的納米結(jié)構(gòu)14Cr-ODS鋼中富Y、Ti、O元素納米析出相的分布特征同樣具有顯著的影響。SAXS實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明1100℃熱等靜壓成形的納米結(jié)構(gòu)14Cr-ODS鋼中富Y-Ti-0納米團(tuán)簇的分布密度最高(5.60×1024/m3)。而納米結(jié)構(gòu)14Cr-ODS鋼中Y2Ti207的分布密度隨著熱等靜壓溫度的升高而增加,1200℃熱等靜壓成形的納米結(jié)構(gòu)14Cr-ODS鋼中Y2Ti207的分布密度最高(8.13×1021/m3)。(6)針對(duì)機(jī)械合金化和熱等靜壓法制備的納米結(jié)構(gòu)9Cr-ODS鋼,發(fā)現(xiàn)成分中的Y/Ti原子比對(duì)富Y、Ti、O納米析出相的分布特征具有顯著的影響。SAXS實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)Y/Ti原子比為0.4時(shí),Y、Ti、O傾向于形成富Y-Ti-O納米團(tuán)簇,納米團(tuán)簇的分布密度達(dá)到5.39×1024/m3、平均直徑約1.4 nm。當(dāng)Y/Ti原子比為1.0時(shí),富Y-Ti-O納米團(tuán)簇的分布密度降低,Y2Ti207的分布密度增加,約為1.46x 1022/m3、平均直徑約為7.9nm。SAXS實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了Ti元素對(duì)納米結(jié)構(gòu)ODS鋼中納米析出相的細(xì)化作用。0.3%Ti和O%Ti樣品中納米團(tuán)簇的平均直徑分別為1.4nm和2.5 nm,分布密度分別為5.39×1024/m3和1.1×1024/m3。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG142

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;“ODS防止不完全燃燒裝置”通過(guò)技術(shù)鑒定[J];煤氣與熱力;1997年01期

2 李世純;;“ODS”防止不完全燃燒裝置介紹[J];公用科技;1997年01期

3 ;ODS及其對(duì)臭氧層的破壞作用[J];洗凈技術(shù);2003年02期

4 其偉;迅進(jìn);;杭州富時(shí)特化工有限公司目光指向國(guó)際ODS替代市場(chǎng)[J];電器制造商;2002年02期

5 李瓊;贈(zèng)款援助使我們經(jīng)濟(jì)效益環(huán)保效益雙豐收——華意壓縮機(jī)(荊州)淘汰ODS心得錄[J];洗凈技術(shù);2003年01期

6 王建民;液晶行業(yè)非ODS噴粉技術(shù)交流會(huì)專(zhuān)題報(bào)道[J];洗凈技術(shù);2004年03期

7 杜靜,馮愛(ài)青;非ODS電子器件清洗設(shè)備的現(xiàn)狀[J];化學(xué)清洗;1999年02期

8 邵春巖,呂廣船,彭萬(wàn)壽,陳胤;全球破壞臭氧層物質(zhì)(ODS)處置技術(shù)現(xiàn)狀及我國(guó)所應(yīng)采取的對(duì)策(一)[J];環(huán)境保護(hù)科學(xué);1997年02期

9 ;關(guān)于泡沫行業(yè)ODS淘汰項(xiàng)目申報(bào)截止日期的通告[J];國(guó)外塑料;2004年09期

10 ;關(guān)于泡沫行業(yè)ODS淘汰項(xiàng)目申報(bào)截止日期的通告[J];國(guó)外塑料;2004年10期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 孫欽欣;胡菁;張濤;王先平;劉長(zhǎng)松;方前鋒;;溶膠凝膠-氫氣還原法制備ODS鐵素體鋼的研究[A];第十四屆全國(guó)核物理大會(huì)暨第十屆會(huì)員代表大會(huì)論文集[C];2010年

2 印鼎銓;;計(jì)算機(jī)板卡清洗生產(chǎn)中的“ODS”替代技術(shù)[A];全國(guó)第六屆SMT/SMD學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2001年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 馬博;亞信助力北方電信、新疆電信建設(shè)ODS[N];中國(guó)電子報(bào);2008年

2 記者　文慧、通訊員　王勇、鄢祖海;武漢建成全國(guó)首個(gè)ODS回收中心[N];湖北日?qǐng)?bào);2006年

3 記者 翁國(guó)娟;巨化ODS替化品及原料項(xiàng)目動(dòng)工[N];中國(guó)化工報(bào);2006年

4 本報(bào)記者　宦建新;開(kāi)發(fā)ODS替代品恢復(fù)藍(lán)天本色[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

5 李聞芝;泡沫塑料行業(yè)ODS淘汰面臨新挑戰(zhàn)[N];中國(guó)化工報(bào);2008年

6 李宏乾;ODS替代品：研發(fā)和推廣兩手都要硬[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

7 本報(bào)記者 聶廷勇;建立ODS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2014年

8 蔡明明;ODS替代品項(xiàng)目獲專(zhuān)項(xiàng)資助[N];中國(guó)化工報(bào);2014年

9 付穎;2010年——中國(guó)聚氨酯泡沫行業(yè)讓ODS走開(kāi)[N];中華建筑報(bào);2003年

10 記者　孫濱、實(shí)習(xí)生 皮理禮、通訊員　王勇;江城籌建全省首家ODS回收中心[N];湖北日?qǐng)?bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 謝銳;納米結(jié)構(gòu)ODS鋼的新型制備工藝及微觀組織與力學(xué)性能的研究[D];東北大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王健;ODS鋼電化學(xué)腐蝕與高溫氧化行為研究[D];西南交通大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：1685173