纳米y-ti-o弥散强化fecral薄板的ebpvd制备及组织与性能

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1、博士学位论文（同等学力人员）纳米Y-Ti-O弥散强化FeCrAl薄板的EBPVD制备及组织与性能PREPARATIONOFNANOY-Ti-ODISPERSION-STRENGTHENEDFeCrAlSHEETSBYEBPVDANDTHEIRMICROSTRUCTURESANDPROPERTIES孙跃哈尔滨工业大学2015年3月国内图书分类号：TB35学校代码：10213国际图书分类号：620.1密级：公开工学博士学位论文（同等学力人员）纳米Y-Ti-O弥散强化FeCrAl薄板的EBPVD制备及组织与性能博士研究生：孙跃导师：赫晓东申请学位：工学博士学科：材

2、料学所在单位：航天学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB35U.D.C:620.1DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringPREPARATIONOFNANOY-Ti-ODISPERSION-STRENGTHENEDFeCrAlSHEETSBYEBPVDANDTHEIRMICROSTRUCTURESANDPROPERTIESCandidate：SunYueSupervisor：HeXiaodongAcademicDegreeAppliedfor：Doctor

3、ofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：March,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高超声速飞行器的金属热防护系统（M-TPS）对装备整体技、战术性能有着巨大的影响。M-TPS高温结构的稳定性和在各种恶劣环境下的抗浸蚀能力等特性强烈地依赖TPS蒙皮材料的综合性能。本文依据M-TPS对蒙皮尺寸及服役条件需求，研究了基于电子束物理气相沉

4、积技术（EBPVD）制备Y-Ti-O型氧化物弥散强化（ODS）高温合金大尺寸薄板的工艺方法。成功制备了直径1000mm，厚度0.15mm的Fe20Cr5.5Al基Y-Ti-O型ODS高温合金薄板。主要研究内容包括：含Ti的ODS高温合金薄板的EBPVD制备工艺设计；EBPVD沉积态薄板微观组织结构特征及其形成机制；沉积态薄板后续强韧化处理工艺和其对材料力学性能的影响规律及机制研究；制备薄板强韧化处理对室温、3.5%NaCl水溶液条件下的电化学腐蚀性能影响规律及机理。薄板的成分和微观组织结构表征主要采用了X射线荧光谱（XRF）、扫描电子显微分析（SEM）、X射

5、线衍射（XRD）、透射电子显微分析（TEM）及高分辨透射电子显微分析（HRTEM）等方法。基于EBPVD技术可获得高度弥散分布的复相组织沉积层的特点，开展了制备FeCrAl基ODS高温合金薄板的工艺方法研究。为研究弥散强化相微量差规律，采用固定基板沉积技术，利用蒸气入射角和靶基距差异获成分准连续细分的沉积薄板试样。为精确控制饱和蒸汽压与其它组元相差悬殊的Ti元素含量，采用了单独沉积Ti材料来实现合金材料中Ti含量控制。根据大面积沉积薄板的成分和厚度分布的均匀性控制需求，基于电子枪束流强度、靶基距、基板材料、基板温度、基板转速等多工艺参数交互作用研究，通过制备

6、薄板微观组织结构分析，获得了制备含Ti的ODS高温合金薄板的EBPVD工艺设计方法。对Fe20Cr5.5Al基ODS制备薄板的微观组织结进行了表征与分析，揭示了Ti、Y2O3对EVPBD沉积薄板晶粒尺寸、形貌特征及微空隙型缺陷分布的影响规律。采用XRF、SEM等分析手段研究了Ti的微合金化作用，研究结果表明Ti/Y2O3含量比不同，氧化物相的成分构成和晶体结构可有显著差异。针对EBPVD沉积态薄板呈现的特殊微空隙型组织缺陷：微空隙分布于近贯通板厚的柱状晶侧面晶界，提出了以高速PVD过程阴影效应为主的形成机制。测试了不同成分沉积态薄板的室温及500℃、700℃

7、和900℃的拉伸性能，基于拉伸性能的脆性特征来自微空隙型组织缺陷的分析，开展了消除此类组织缺陷的处理方法研究，获得了小变形量冷轧/再结晶退火对消除空隙型组织缺陷-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文最为有效的结果，并提出了基于临界变形再结晶消除EBPVD沉积态组织缺陷的微观机制。在室温、3.5%NaCl水溶液条件下，研究了不同组织状态薄板的电化学腐蚀极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）。结合试样近表面及腐蚀表面形貌特征研究，获得了不同组织状态下的电化学腐蚀规律。针对EBPVD制备的ODS薄板的电化学腐蚀特征，提出了柱状晶晶界微空隙局部电化学腐蚀行为的微观机制。基于

8、不同组织状态薄板的力学性能和电化学腐蚀性能分析结果，