氧化物彌散強化（ODS）高溫合金因具有優異的高溫力學性能和良好的抗輻射能力而被廣泛應用于航空飛行器耐熱結構件和核反應堆抗輻射部件。由于航空飛行器和核反應設施中個性化復雜零件的應用日益增長，催生了對增材制造ODS高溫合金零件的應用需求，所以ODS高溫合金零件逐漸開始使用激光粉末床熔融（Laser powder bed fusion, LPBF）制備。ODS高溫合金原料通常由納米氧化物和預合金粉末機械混合而成，在混粉過程中不可避免地造成納米氧化物粒子的團聚。并且，氧化物粒子與基體之間的晶格參數和彈性模量失配，往往導致粒子與基體界面結合較差而形成缺陷。

       中南大學陳超副教授團隊聯合中山大學黃洪濤副教授團隊，在相關研究中使用激光粉末床熔融技術在特定氧含量的腔體中成形釔摻雜的NiCrFe合金，在成形合金中原位生成了大小均勻且彌散分布的Y2O3粒子，研究了LPBF成形NiCrFeY合金的顯微組織演變，表征了Y2O3顆粒的形貌、分布和晶體結構，驗證了合金的室溫及高溫力學性能。為增材制造原位形成氧化物彌散強化的合金提供了新思路。

本期谷.專欄將分享這項研究中的創新點。

研究團隊針對增材制造過程中原位形成氧化物彌散強化的NiCrFeY合金的研究論文發表在Advanced Powder Materials期刊。

 創新點

圖1 增材制造成形NiCrFeY合金的組織及性能

1. 驗證了釔摻雜的鎳基合金在增材制造過程中原位形成了均勻彌散分布的Y2O3納米顆粒。

通過TEM證實了YY2O32O3粒子在基體中的原位形成，Y2O3粒子主要分布于胞狀組織的邊界并釘扎了大量的位錯，平均尺寸約為50 nm。

圖2 TEM定性確定了NiCrFeY合金內原位形成的Y2O3粒子

圖3 LPBF成形ODS NiCrFeY合金內原位形成Y2O3粒子的示意圖

2. LPBF原位成形的ODS鎳基合金具有優異的高溫力學性能。

      由于合金中高密度位錯和小角度晶界以及納米Y2O3粒子的共同作用，使LPBF成形的NiCrFeY合金在室溫下的抗拉強度為815 MPa，在600 °C下的抗拉強度為563 MPa，在800 °C下的抗拉強度為256 MPa。

圖4 LPBF成形ODS NiCrFeY合金的工程應力-應變曲線

 結論

      LPBF成形NiCrFeY合金的致密度在17.4-66.7 J/mm3激光能量密度區間時隨能量密度的增加而增加，在66.7-222.2 J/mm3隨能量密度的增加而降低，在66.7 J/mm3能量密度時獲得最高致密度為99.6%。能量密度輸入不足時，導致粉末未充分熔融而容易形成未熔缺陷，能量密度過高時，由于熔池劇烈擾動使得卷入的氣體未及時溢出基體而增加了合金中的氣孔缺陷。

      LPBF成形的NiCrFeY合金內晶粒為近等軸狀，沿沉積方向被拉長，晶粒內部存在大量胞狀組織和高密度位錯，小角度晶界占比為66%。NiCrFeY合金內的釔元素在SLM過程中原位生成了Y2O3粒子，粒子位于胞狀組織邊界，平均尺寸約為50 nm，體積分數占0.53%。

      Y2O3粒子和高密度位錯以及小角度晶界的共同作用使合金具有優異的力學性能，室溫抗拉強度為815 MPa，延伸率為16.7%，在600 °C和800 °C下抗拉強度分別為563 MPa和256 MPa。

(責任編輯：admin)

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