细晶氧化物弥散强化铁素体合金的制备及耐腐蚀和抗辐照机理研究

氧化物弥散强化（ODS）铁素体合金是先进核能装置中结构材料的主要候选者之一。本项目针对如何进一步优化ODS合金的氧化物颗粒分散均匀性、耐腐蚀性能和抗辐照性能等问题开展研究。采用整体溶胶-凝胶法和高能球磨技术制备高均匀分布的纳米Y2O3弥散强化的含铝ODS合金粉末，并利用放电等离子体烧结方法制备粒径可控的高致密亚微米级细晶ODS合金块体；通过力学性能测量、微结构分析、高能离子辐照、液态Pb-Bi（LBE）动态腐蚀等手段研究基体晶粒细化和铝含量对ODS合金抗辐照和耐腐蚀性能的影响及微观机理；考察LBE腐蚀条件下ODS合金试样的内耗和动态模量变化与试样表面氧化膜形成过程中膜的厚度和致密度之间的定量关系，发展利用内耗技术评估材料腐蚀性能的新方法。项目预期将提供高性能含铝ODS合金的制备工艺，阐明 LBE腐蚀的微观机理，为含铝ODS合金性能优化和最终应用于先进核能装置提供科学依据。

本项目设计和制备了兼有高强韧、抗辐照、抗腐蚀等优良综合性能的FeCr基ODS合金，并相关微观机理进行了系统研究；项目执行过程中，共接受发表SCI论文21篇，申请国家发明专利2项，培养博士研究生3名，硕士研究生2名，较好的完成了项目预期目标。所取得的主要研究结果总结如下：.(1) 采用溶胶-凝胶技术、机械球磨结合热压烧结方法设计和制备了公斤级Fe-14Cr-ODS合金，解决了微量纳米弥散强化相Y2O3在合金基体中的细化（~8m）和均匀分布问题，为提高ODS合金的抗辐照和高温力学性能提供了可能；.(2) 采用先进的SPS烧结工艺设计和制备了纳米粒径的FeCr-ODS合金，同常规微米粒径ODS合金相比，纳米粒径的FeCr-ODS合金表现出更高的压痕硬度值，细晶强化效应显著；.(3) 基于Al添加、设计和制备了具有良好抗液态Pb-Bi腐蚀的FeCrAl-ODS合金，其抗LBE腐蚀性能的提高得益于ODS合金表面致密Al2O3保护膜的形成；.(4) 鉴于FeCr-ODS合金中添加抗腐蚀元素Al添加后，氧化物弥散强化相出现长大的结果，采用Zr/Al协同添加的方式抑制弥散相长大，兼顾了ODS合金力学性能和抗腐蚀的同步提高，为FeCr-ODS合金的性能优化和最终应用于先进核能装置提供了重要参考依据；.(5) 采用He离子辐照结合纳米压痕方法对比研究了不同FeCr-ODS合金的抗辐性能，发现不同组份的ODS合金具有不同的辐照缺陷：Fe-16Cr-ODS合金的辐照缺陷以氦泡为主，而含Al/Zr协同添加的ODS合金的辐照缺陷主要为含氦浓度较低的空位缺陷；.(6) 采用对缺陷敏感的内耗方法初步研究了不同ODS合金的Pb-Bi腐蚀性能，结果表明内耗值与腐蚀过程中所形成的氧化膜厚度有密切的关联性，研究结果为基于内耗方法实时监控材料的动态腐蚀过程奠定了基础；.(7) 基于电子束区域熔炼技术（EBSM）设计和制备了一种微结构可控的高性能FeCr-ODS合金，并发展了一种新型ODS合金的制备工艺。