【摘 要】
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FeCrAl合金因其优异的高温抗蒸汽腐蚀性能、抗中子辐照性能以及良好的可加工性能,成为了先进耐事故燃料包壳中最具有发展前景的候选材料之一。但现有FeCrAl合金仍存在高温力学强度低、中子经济性差等问题,限制了FeCrAl合金的应用。为此,本文针对上述问题使用高熵合金作为弥散增强相,利用机械球磨和放电等离子烧结技术制备了高熵合金增强FeCrAl合金。通过SEM、XRD、EBSD、TEM、致密度测试、
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FeCrAl合金因其优异的高温抗蒸汽腐蚀性能、抗中子辐照性能以及良好的可加工性能,成为了先进耐事故燃料包壳中最具有发展前景的候选材料之一。但现有FeCrAl合金仍存在高温力学强度低、中子经济性差等问题,限制了FeCrAl合金的应用。为此,本文针对上述问题使用高熵合金作为弥散增强相,利用机械球磨和放电等离子烧结技术制备了高熵合金增强FeCrAl合金。通过SEM、XRD、EBSD、TEM、致密度测试、硬度分析、拉伸性能测试等分析手段,系统研究了制备工艺、高熵合金的种类以及含量对FeCrAl合金微观结构和性能的影响规律和作用机理。取得以下主要创新性成果:（1）通过对照两组含量为0%、2%、4%、6%、8%的Al1.8CuCrFeNi2-FeCrAl合金研究了无水乙醇作为过程控制剂的影响。实验结果表明,无水乙醇将促进富Cr-a’相与纳米Al2O3颗粒形成。其不均匀的分布将削弱合金的塑性,降低合金的结构稳定性。因此,无水乙醇不适合使用在高含量高熵合金增强FeCrAl合金的场景中。另外,通过对比不同烧结温度下6%Al1.8CuCrFeNi2-FeCrAl合金的力学性能,发现提高烧结温度将提高颗粒之间的接触面积,减少宏观缺陷的产生;促进固溶元素的扩散速率,消除球磨过程中产生的微观缺陷。这提高了合金的综合力学性。因此,1050℃是最佳的烧结温度。（2）当Al1.8CuCrFeNi2高熵合金的含量为6%时,Al1.8CuCrFeNi2-FeCrAl合金的室温力学性能最佳:极限抗拉强度为1358MPa,延伸率为14.9%;同时其在800℃下的力学性能也为最佳:极限抗拉强度为96MPa,延伸率为6.9%。但是当Al1.8CuCrFeNi2高熵合金的含量超过15%后,无论是室温条件下还是高温条件下,Al1.8CuCrFeNi2-FeCrAl合金的力学性能都出现了严重的下降。其抗拉强度均不超过20MPa。（3）当Al0.5CrFeNi2.5Mo高熵合金的含量为25%时,Al0.5CrFeNi2.5Mo-FeCrAl合金的室温力学性能最佳:极限抗拉强度为1252MPa,延伸率为5.2%;但是当Al0.5CrFeNi2.5Mo高熵合金的含量为35%时,Al0.5CrFeNi2.5Mo-FeCrAl合金在800℃下具有极其优异的力学性能:极限抗拉强度为145MPa,延伸率为34.7%。
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