论文部分内容阅读
氧化物弥散强化铁基材料由于优异的力学性能、抗蠕变性能被广泛应用于航空航天、汽车工业和核工业等领域。氧化物粒子均匀细小地分散于金属基体中能够有效的钉扎位错、晶界,阻碍位错的移动并储存位错,限制晶粒的长大,从而强化材料提高材料的力学性能。本论文开发了一种新颖的基于液液混合的溶液燃烧合成路线制备出了不同Y2O3含量的Fe-Y2O3纳米复合粉末,并采用常压烧结和放电等离子体烧结(SPS)进行致密化,成功制备了高性能且氧化物粒子细小均匀分散的氧化物弥散强化铁合金,研究内容主要包括以下几个方面:(1)以硝酸铁、硝酸钇为金属源和氧化剂,甘氨酸为燃料,采用溶液燃烧合成和后续的氢还原成功制备了Y2O3粒子均匀分散的Fe-Y2O3纳米复合粉末。研究了还原温度对合成粉末的物相组成,晶粒尺寸和磁性能的影响。确定了最佳还原工艺,Fe-Y2O3纳米复合粉末在还原温度为400℃还原时间为2h下被获得。当Y2O3含量为lwt%时,随着还原温度的提升,还原产物的晶粒尺寸增大,比表面积降低,饱和磁化强度增加,矫顽力下降。在600℃下还原获得的Fe-lwt%Y2O3纳米复合粉末,平均晶粒尺寸约为64nm,比表面积为lOm2/g,饱和磁化强度达到190.3emu/g,矫顽力为233.60e。研究了不同Y2O3含量对制备纳米复合粉末的影响,随着Y2O3含量的增加,同一还原温度下所得产物的颗粒形貌基本不变,产物晶粒尺寸降低,比表面积增加。在400℃还原得到的不同Y2O3含量的Fe-Y2O3纳米复合粉末的晶粒尺寸均小于50nm,且Y2O3粒子均匀分散。(2)通过将制备的不同Y2O3含量的Fe-Y2O3纳米复合粉末常压烧结致密化,研究了其致密化行为,不同Y2O3含量和烧结温度对烧结合金相对密度、微观结构、力学性能和磁性能的影响。随着Y2O3含量的增加,纳米粉末的烧结活化能增加,烧结致密化过程减慢。Y2O3含量为0wt%、0.2wt%和0.5wt%的纳米复合粉末分别在700℃、700℃和900℃烧结后其烧结合金的相对密度超过95%,分别达到97.3%、95.6%和95.3%,此时合金的平均晶粒尺寸分别为0.45μm、0.43μm和0.96μm。而Y2O3含量为1wt%和2wt%的复合粉末即使在1300℃烧结后其相对密度仍未达到95%。在900℃烧结获得Fe-0.5wt%Y2O3合金中Y203均匀分散且颗粒尺寸小于100nm。Fe和Fe-0.2wt%Y2O3在700℃烧结后,其显微硬度和抗拉强度值最大分别为211.9HV0.2、170.9HV0.2 和 510.05MPa、496.91MPa;而 Fe-0.5wt%Y2O3 在 900℃烧结后显微硬度和抗拉强度值最大分别为206.2HV0.2和520.60MPa。Fe、Fe-0.2wt%Y2O3和Fe-0.5wt%Y2O3在1300℃烧结后的饱和磁感应强度(B6000)分别达到1.78T、1.76T和1.74T,最大磁导率分别达到2.92mH/m、2.38mH/m和1.79mH/m,此时矫顽力值分别为186.7A/m、203.9A/m和225.7A/m。(3)研究了不同Y203含量的Fe-Y2O3纳米复合粉末的SPS致密化,成功制备了具有高的强度和韧性的ODS铁合金,探讨了烧结温度对烧结合金的相对密度、微观结构和力学性能的影响,揭示其强化机理。Fe、Fe-0.2wt%Y2O3、Fe-0.5wt%Y2O3、Fe-1wt%Y2O3 和 Fe-2wt%Y2O3 在 600℃ 烧结后的相对密度分别为96.8%、96.5%、96.3%、95.8%和95.0%均达到或超过95%,并且此温度下,五种烧结样品的显微硬度达到最大分别为298.0HV0.2、373.5HV0.2、391.9HV0.2、529.4HV0.2 和 570.2HV0.2。在 600℃、650℃ 和 700℃ 烧结后得到的Fe-2wt%Y2O3合金的最大压缩强度分别为2.12GPa、1.86GPa和1.52GPa,总的真应变分别为8%、29%和54%,此时基体晶粒尺寸分别为119.6nm、147.5nm 和 178.5nm,Y2O3 颗粒的尺寸分别为 11.6nm、15.5nm 和19.3nm 且Y203颗粒均匀的分散于晶粒内部。通过实验和计算分析,晶界强化和晶内第二相颗粒弥散强化是烧结合金的主要强化机制。