發(fā)布時間：2017-12-10 16:08

  本文關(guān)鍵詞：納米碳化硅彌散強(qiáng)化鎳基合金的制備及顯微結(jié)構(gòu)與性能研究

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【摘要】：熔鹽堆以其本征安全性、經(jīng)濟(jì)性、不停堆換料、一回路低蒸汽壓等優(yōu)點被公認(rèn)為六種最先進(jìn)的第四代裂變核反應(yīng)堆型之一。熔鹽堆內(nèi)高溫、強(qiáng)中子輻照和強(qiáng)熔鹽腐蝕等極端服役環(huán)境對堆用結(jié)構(gòu)及功能材料提出了嚴(yán)苛的要求。Hastelloy N合金以其優(yōu)異的抗熔鹽腐蝕性能被選為熔鹽堆最優(yōu)備選結(jié)構(gòu)材料。然而其較弱的高溫力學(xué)強(qiáng)度和抗輻照性能限制了其在堆芯處使用。為了有效地推動熔鹽堆的發(fā)展,非常有必要研發(fā)新型高溫材料以滿足熔鹽堆的需求。本文通過粉末冶金的方法,利用高能球磨和放電等離子體燒結(jié)等工藝,成功制備了一種新型Ni-SiC復(fù)合材料并探討了該類材料在熔鹽堆中的應(yīng)用前景。通過調(diào)整SiC初始添加量以及球磨時間并對其顯微組織結(jié)構(gòu)表征和力學(xué)性能測試,可以發(fā)現(xiàn)納米SiC顆粒大幅提高了鎳基體的力學(xué)強(qiáng)度,且強(qiáng)化能力隨著基體晶粒尺寸減小而提高,當(dāng)添加適量的SiC顆粒時,Ni-SiC復(fù)合材料在力學(xué)強(qiáng)度增加的同時依然保有很好的塑性。研究發(fā)現(xiàn)納米SiC顆粒與鎳基體存在不共格界面關(guān)系,且在燒結(jié),退火,高溫時效等過程中都保持穩(wěn)定,但會隨著球磨時間及SiC添加量的增大發(fā)生粗化,進(jìn)而影響復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。此外,Ni-SiC復(fù)合材料的高溫時效研究表明該材料的基體晶粒在高溫下會出現(xiàn)不同程度的長大。但是超細(xì)晶結(jié)構(gòu)能有效阻礙晶粒長大,從而減小其力學(xué)性能下降幅度。同時,對該材料開展的低溫退火研究表明合適的熱處理工藝能細(xì)化Ni-SiC復(fù)合材料的晶粒并減少內(nèi)部缺陷,從而改善其綜合力學(xué)性能。鑒于Ni-SiC復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度與Hastelloy N合金相比仍有差距,我們通過在基體中添加Mo元素,成功制備了一種新型NiMo合金并實現(xiàn)了其力學(xué)強(qiáng)度的提高。在此過程中,提出了一種新的彌散強(qiáng)化機(jī)制,即彌散-沉淀強(qiáng)化(Dispersion and Precipitation Strengthening,DPS)機(jī)制。該機(jī)制有效地結(jié)合了碳化物彌散強(qiáng)化以及納米析出相沉淀強(qiáng)化,大幅提高了材料的力學(xué)性能。通過對不同SiC添加量的NiMo-SiC DPS合金的研究發(fā)現(xiàn),燒結(jié)/退火過程中部分SiC顆粒會與鎳基體反應(yīng)生成Ni_3Si納米相并析出,從而在合金中產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。此外,研究還發(fā)現(xiàn)該合金中形成Mo_2C,且該碳化物能阻礙燒結(jié)/退火過程中基體晶粒的長大,增強(qiáng)晶界強(qiáng)化的作用。研究結(jié)果同時也表明長時間球磨能優(yōu)化Mo_2C在合金中的分布,減少因其團(tuán)聚長大造成的材料力學(xué)性能下降。與此同時,研究中也發(fā)現(xiàn)長球磨時間會導(dǎo)致NiMo-SiC混合粉末在球磨過程中發(fā)生逆粉碎現(xiàn)象,使得燒結(jié)樣品的致密度下降,進(jìn)而造成NiMo-SiC DPS合金的延伸率下降。本文研究表明NiMo-SiC DPS合金的力學(xué)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于Hastelloy N以及其他耐氟化鹽腐蝕合金材料。這充分顯示了DPS強(qiáng)化機(jī)制的優(yōu)越性。這種新型納米碳化硅彌散強(qiáng)化鎳基合金(Ni-SiC復(fù)合材料和NiMo-SiC DPS合金)的成功制備為未來高溫熔鹽堆用材料的研發(fā)提供了新思路。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL426;TL341

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：1275078