本文關(guān)鍵詞：含氦ODS鋼中納米晶薄膜的制備、表征及性能研究　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：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,FeCr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),氧化物彌散強化(Oxide Dispersion Strengthen,ODS)是一種改善材料抗輻照性能的有效方法,通過在合金基體中添加微量納米Y203顆粒(0.1%～0.5wt%)不僅可以阻礙位錯運動,提高材料的高溫力學(xué)性能,而且彌散的納米質(zhì)點還可很好地湮沒輻照產(chǎn)生的缺陷,增強材料的抗輻照性能。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)生的點缺陷,從而有效提高在輻照環(huán)境下材料的抗輻照能力。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Y203含量的ODS-FeCr基薄膜,并研究了 Y203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�；赬PS分析可知,薄膜中的元素Y以Y203的形式存在。調(diào)控復(fù)合靶中Y203占比可實現(xiàn)薄膜中Y含量在0～1.01 at%內(nèi)變化,并隨著Y203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%。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的小尺寸氦泡,小于lnm;隨著退火溫度的升高,高溫下氦原子被熱空位捕獲,受到空位機(jī)制和間隙擴(kuò)散的影響,氦原子及小尺寸氦泡遷移聚集,發(fā)生Ostwald熟化,進(jìn)一步長大,氦泡尺寸達(dá)到2nm,而品界作為氦移動的快速通道,氦泡在晶界處沿成鏈狀分布,由于氦泡沿品界的進(jìn)一步擴(kuò)散,最終導(dǎo)致氦泡的形態(tài)沿晶界方向拉長,當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到1000℃,氦泡發(fā)生熱離解脫出。
[Abstract]:An ODS - FeCr - based thin film with different He concentration was prepared by magnetron sputtering . The hardness value of the ODS - FeCr - based thin film is gradually increased . When the Y content is 1.01 at % , the hardness of the film is up to 16.5GPa , and the hardness of the thin film is increased by about 59 % .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.71;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1403721