随着人类对能源需求的日益增长以及传统能源所带来的环境问题越来越严重,发展清洁的核聚变能引起人们广泛的关注。材料问题一直是限制聚变能发展的一个难题,许多现有的材料已无法满足新一代聚变堆的使用要求。对聚变堆中的热沉材料和结构材料来说,高温结构稳定性不足是限制它们应用的一大障碍。本文选取了几种有望应用于下一代聚变堆中的候选热沉材料和结构材料为研究对象,分别研究了纳米析出相调控对微米晶合金和纳米晶合金组织和性能的影响。研究对象包括微米晶CuCrZr合金、纳米晶Cu-Ta合金和CoCrFeNi高熵合金。纳米析出相调控思路为:(1)提高析出相自身的稳定性;(2)调控析出相尺寸分布特征为梯度分布。析出相调控通过添加微量合金元素实现。本文对新型聚变堆材料的研发提供一定的研究思路和借鉴意义。采用电弧熔炼设计并制备了新型偏滤器热沉候选材料CuCrZrFeTiY合金,并对合金的组织和性能进行了表征分析。采用固溶、冷轧、时效的热处理工艺处理合金,合金的峰时效温度为500℃,峰时效状态下合金的室温拉伸强度为541 MPa,电导率为82%IACS。长时间退火实验表明合金在450℃具有极高的热稳定性,并且在500℃退火72h后仍能保持很高的强度。合金的热稳定性主要来源于两个方面:一是Fe、Ti和Y等元素的添加降低了合金的层错能使得合金在变形过程中引入了大量的低能低重位点阵晶界;二是基体中尺寸呈现双峰分布的纳米析出相有效钉扎了位错和晶界。～3 dpa离子辐照后合金内主要观察到平均尺寸为5 nm左右的层错四面体和平均尺寸为3.5 nm左右的位错环。在已有的新型热沉材料研发体系中,Cu-10Ta(at.%)合金具有明显的综合性能优势。但由于Ta元素含量高(24 wt.%)使得合金的制备成本过高限制了其广泛应用。研究发现直接降低Ta含量会大大降低Cu-10Ta合金的性能,因此,需要在合金性能不出现大幅度降低的情况下将Ta含量降低到可接受的范围内。本文采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)制备了Cu-0.6Ta-0.6Cr和Cu-0.6Ta合金,研究了 Cr元素的添加对合金组织和性能的影响。组织分析表明Cr元素的添加不仅细化了纳米析出相的尺寸还改变了析出相的成分,由Ta向更稳定的Cr2Ta转变。Cu-0.6Ta-0.6Cr合金的软化温度高达1050℃(0.97Tm),且合金在900℃退火600 h后仍能保持初始硬度的81%,而Cu-0.6Ta合金在900℃退火300 h后仅能保持初始硬度的62%,可见Cr元素的添加大大提高了合金的高温稳定性。Cu-0.6Ta-0.6Cr合金的屈服强度为481 MPa、延伸率为14.2%,Cu-0.6Ta合金的屈服强度为331 MPa、延伸率为13.2%。Cr元素的添加提高了合金的强度而并未降低合金塑性。Cu-0.6Ta-0.6Cr合金在拉伸过程中出现了屈服行为而Cu-0.6Ta合金中并未出现,这是由于Cr元素的添加降低了合金层错能使得合金中出现位错锁钉扎位错形成柯氏气团从而出现屈服行为。CoCrFeNi高熵合金由于具有耐腐蚀、高塑性、高抗辐照性等而被认为是聚变堆候选结构材料。本论文采用MA和SPS方法制备了氧化物弥散强化CoCrFeNi高熵合金,研究了氧化物的引入对合金组织和性能的影响。平均直径为6.9nm、体积分数为0.32 vol.%的Y2Hf2O7颗粒成功引入基体,且氧化物颗粒与基体之间形成共格界面。氧化物的引入细化了晶粒尺寸和基体中的Cr7C3和Cr2O3的尺寸。氧化物的引入同时提高了合金的硬度、拉伸强度、电导率和耐腐蚀性。本项工作为引入纳米特征提高高熵合金的性能提供了借鉴意义。