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核能是公认的、现实的、可大规模替代常规化石能源的现代能源。加速器驱动洁净核能系统(ADS)是一种高效、清洁、安全的核废料嬗变器。在ADS中,液态Pb-Bi合金是散裂靶及冷却剂的首选材料。而液态Pb-Bi合金具有很强的腐蚀性,所以必须保证ADS中所使用结构材料与液态铅铋合金具有良好的相容性,并具有良好的高温力学性能和抗辐照性能。氧化物弥散强化(Oxide DispersionStrengthened,ODS)铁素体钢是目前满足这些条件的主要候选材料之一,但其某些方面性能尚有不足。因此,进一步提高ODS铁素体钢的力学性能、耐腐蚀性能成为领域的重要研究方向,目前高铬含铝的ODS铁素体钢成为研究热点。 本文优化了普通的机械合金化制备ODS铁素体钢的制备工艺,通过采用溶胶凝胶结合氢气还原法制备预合金粉体,再通过机械合金化添加合金元素,使合金元素在基体中均匀分布。最后采用放电等离子体烧结技术结合热处理使样品获得了97%的致密度以及20μm的晶粒尺寸。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对材料微观组织结构特别是弥散氧化物的形成机制进行表征。结果表明,优化方法制备的ODS铁素体合金中,氧化物颗粒弥散均匀,在ODS铁素体钢中形成10~30nm的Y-Ti-O结构,而在加铝的ODS铁素体钢中形成20~100nm的Y-Al-O结构。并且通过加铝后ODS铁素体钢的韧性增强,力学性能得到明显提高。 为了探索加铝后ODS铁素体钢的耐腐蚀性能变化,本文做了高温氧化试验和静态铅铋腐蚀试验。结果发现在高温抗氧化性试验中,相对于商业304不锈钢表面氧化层85μm,不含铝ODS铁素体钢提高了样品的高温抗氧化性,表面氧化层为25μm,而加铝ODS铁素体钢由于表面形成了致密氧化铝薄膜,膜厚为5~10μm,表现出最强的抗氧化性。而在Pb-Bi合金腐蚀中相对于ODS铁素体钢在表面形成铁与铬氧化物的双层氧化层,表面氧化层厚度为10~15μm,而含铝ODS铁素体钢在表面形成致密的氧化铝薄膜,厚度仅3μm左右,保护了基体,从而使含铝ODS铁素体钢表现出良好的抗Pb-Bi腐蚀性。