納米Y-Ti-O彌散強(qiáng)化FeCrAl薄板的EBPVD制備及組織與性能.pdf

1、高超聲速飛行器的金屬熱防護(hù)系統(tǒng)（M-TPS）對(duì)裝備整體技、戰(zhàn)術(shù)性能有著巨大的影響。M-TPS高溫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和在各種惡劣環(huán)境下的抗浸蝕能力等特性強(qiáng)烈地依賴TPS蒙皮材料的綜合性能。本文依據(jù)M-TPS對(duì)蒙皮尺寸及服役條件需求，研究了基于電子束物理氣相沉積技術(shù)（EBPVD）制備Y-Ti-O型氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）高溫合金大尺寸薄板的工藝方法。成功制備了直徑1000mm，厚度0.15mm的Fe20Cr5.5Al基Y-Ti-O型ODS高溫合金

2、薄板。主要研究?jī)?nèi)容包括：含Ti的ODS高溫合金薄板的EBPVD制備工藝設(shè)計(jì)；EBPVD沉積態(tài)薄板微觀組織結(jié)構(gòu)特征及其形成機(jī)制；沉積態(tài)薄板后續(xù)強(qiáng)韌化處理工藝和其對(duì)材料力學(xué)性能的影響規(guī)律及機(jī)制研究；制備薄板強(qiáng)韌化處理對(duì)室溫、3.5％NaCl水溶液條件下的電化學(xué)腐蝕性能影響規(guī)律及機(jī)理。薄板的成分和微觀組織結(jié)構(gòu)表征主要采用了X射線熒光譜（XRF）、掃描電子顯微分析（SEM）、X射線衍射（XRD）、透射電子顯微分析（TEM）及高分辨透射電子顯微分

3、析（HRTEM）等方法。
　　基于EBPVD技術(shù)可獲得高度彌散分布的復(fù)相組織沉積層的特點(diǎn)，開(kāi)展了制備FeCrAl基ODS高溫合金薄板的工藝方法研究。為研究彌散強(qiáng)化相微量差規(guī)律，采用固定基板沉積技術(shù)，利用蒸氣入射角和靶基距差異獲成分準(zhǔn)連續(xù)細(xì)分的沉積薄板試樣。為精確控制飽和蒸汽壓與其它組元相差懸殊的Ti元素含量，采用了單獨(dú)沉積Ti材料來(lái)實(shí)現(xiàn)合金材料中Ti含量控制。根據(jù)大面積沉積薄板的成分和厚度分布的均勻性控制需求，基于電子槍束流強(qiáng)度、

4、靶基距、基板材料、基板溫度、基板轉(zhuǎn)速等多工藝參數(shù)交互作用研究，通過(guò)制備薄板微觀組織結(jié)構(gòu)分析，獲得了制備含Ti的ODS高溫合金薄板的EBPVD工藝設(shè)計(jì)方法。
　　對(duì)Fe20Cr5.5Al基ODS制備薄板的微觀組織結(jié)進(jìn)行了表征與分析，揭示了Ti、Y2O3對(duì)EVPBD沉積薄板晶粒尺寸、形貌特征及微空隙型缺陷分布的影響規(guī)律。采用XRF、SEM等分析手段研究了Ti的微合金化作用，研究結(jié)果表明Ti/Y2O3含量比不同，氧化物相的成分構(gòu)成和晶體

5、結(jié)構(gòu)可有顯著差異。針對(duì)EBPVD沉積態(tài)薄板呈現(xiàn)的特殊微空隙型組織缺陷：微空隙分布于近貫通板厚的柱狀晶側(cè)面晶界，提出了以高速PVD過(guò)程陰影效應(yīng)為主的形成機(jī)制。
　　測(cè)試了不同成分沉積態(tài)薄板的室溫及500℃、700℃和900℃的拉伸性能，基于拉伸性能的脆性特征來(lái)自微空隙型組織缺陷的分析，開(kāi)展了消除此類組織缺陷的處理方法研究，獲得了小變形量冷軋/再結(jié)晶退火對(duì)消除空隙型組織缺陷最為有效的結(jié)果，并提出了基于臨界變形再結(jié)晶消除EBPVD沉積態(tài)

6、組織缺陷的微觀機(jī)制。
　　在室溫、3.5%NaCl水溶液條件下，研究了不同組織狀態(tài)薄板的電化學(xué)腐蝕極化曲線和電化學(xué)阻抗譜（EIS）。結(jié)合試樣近表面及腐蝕表面形貌特征研究，獲得了不同組織狀態(tài)下的電化學(xué)腐蝕規(guī)律。針對(duì)EBPVD制備的ODS薄板的電化學(xué)腐蝕特征，提出了柱狀晶晶界微空隙局部電化學(xué)腐蝕行為的微觀機(jī)制。
　　基于不同組織狀態(tài)薄板的力學(xué)性能和電化學(xué)腐蝕性能分析結(jié)果，獲得了消除沉積態(tài)組織缺陷最有效的方法，即6.2%冷軋變形/