含氦ODS鋼中納米晶薄膜的制備、表征及性能研究.pdf

1、由于FeCr基不銹鋼材料具有突出的力學性能，可以廣泛應用于核反應堆的結構材料上。作為一種重要的反應堆結構材料，F(xiàn)eCr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，在材料內容易遷移、形核長大，產生氦脆等一系列問題，進而導致材料性能退化，影響反應堆的服役和安全性?，F(xiàn)有的一些研究發(fā)現(xiàn)，氧化物彌散強化(OxideDispersionStrengthen，ODS)是一種改善材料

2、抗輻照性能的有效方法，通過在合金基體中添加微量納米Y2O3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性能，而且彌散的納米質點還可很好地湮沒輻照產生的缺陷，增強材料的抗輻照性能。與此同時，在微結構調控方面，基體組織細化被認為是優(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。

3、　　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構、力學性能等進行分析。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)，在此基礎上，以最佳濺射條件制備了不同Y2O3含量的ODS-

4、FeCr基薄膜，并研究了Y2O3摻雜的添加量對薄膜在力學性能上的影響。結果表明，所制備ODS-FeCr基薄膜為納米柱狀晶結構，粒徑7～12nm。基于XPS分析可知，薄膜中的元素Y以Y2O3的形式存在。調控復合靶中Y2O3占比可實現(xiàn)薄膜中Y含量在0～1.01at％內變化，并隨著Y2O3的濃度增加，ODS-FeCr基薄膜的硬度值逐漸增大，當Y含量為1.01at％時，薄膜硬度值高達16.5GPa，比純FeCr薄膜硬度值10.4GPa增加約59

5、％。對于含He的ODS-FeCr薄膜，隨著氦原子的引入，薄膜柱狀晶進一步細化，致密性進一步增大，改變He/Ar比例可以有效調控薄膜中的He濃度和薄膜硬度，其中He/Ar=4時，薄膜硬度達到12.75GPa。
　　采用高溫時效方法研究了退火對薄膜結構和氦泡生長的影響，發(fā)現(xiàn)高溫退火可實現(xiàn)薄膜結構從柱狀晶到等軸晶的轉變;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氦團簇或小尺寸氦泡的相互結合，最后只能形成高密度