γ'相和纳米复合氧化物强化新型钴基ODS合金的研究

纳米复合氧化物和γ´相共强化的钴基氧化物弥散强化（ODS）合金能够将优异的高温力学性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能结合起来，可用作燃气轮机中的叶片、喷嘴和燃烧室等高温部件的关键材料。本项目重点开展氧化物的溶解-析出机制、氧化物弥散相细化及界面结构控制、过饱和固溶体的显微组织演变、以及Ni元素的添加对显微组织和力学性能的影响等基础问题的研究。得出以下结论：. Y2O3颗粒在高能球磨过程中发生分解并在后续退火过程中于690℃左右析出，这为氧化物弥散相的细化提供了可能。添加Ti、Zr和Ca不能细化氧化物，只有Hf元素能够起到细化氧化物弥散相的效果。最佳的Hf元素添加量为1.2wt.%，氧化物的平均粒径减小到9.6nm，颗粒间距缩小到55nm，分布更加均匀。添加Hf元素后形成了Y2Hf2O7复合氧化物，由于Y2Hf2O7与基体形成共格界面，降低了界面能，从而抑制了氧化物弥散相的粗化。相反，Y2O3容易与Al元素结合形成Al2O3或Y3Al5O12复合氧化物，导致氧化物颗粒的粗化，而且氧化物的粒径随着Al含量的增加而增大。氧化物的溶解-析出机制与微合金元素的添加相结合的不仅实现了弥散相细化，而且提供了一种进行界面结构控制的新手段。添加Hf元素的Co-Al-W系ODS合金与未添加Hf元素的合金相比，氧化物颗粒在高温热处理过程中具有更优异的抗粗化效果。. Al、W元素室温下在钴基体中的固溶度极低，高能球磨过程中引入的高密度位错、大量点缺陷、超细晶粒和高界面能促进了Al、W元素在钴基体中形成过饱和固溶体，并带来复杂的显微组织演变。Al、W元素即使经过1300℃固溶处理也未能形成单相固溶体，致使合金成分偏离γ+γ´两相区，因此热处理后的钴基ODS合金除了在基体中析出少量γ´相外，大部分Al、W元素以Co7W6、Co3W和AlxCo的形式析出。钴基ODS合金的显微组织中出现了无析出相区域，是一种由硬/软两相构成的显微组织。钴基ODS合金的平均晶粒尺寸仅为1.1μm，呈双晶粒尺寸分布特征。. 钴基ODS合金中添加Ni元素后扩大了Al、W元素在钴基体中的固溶度，促进了γ΄相的形成，Co7W6、Co3W和AlxCo等析出相的数量明显减少。γ′相的形貌近方形，γ´和基体间的晶格错配度为0.44%。随着时效时间的延长，γ′相发生Ostwald 熟化，粒径为0.48~0.62μm。