通过离子掺杂剂界面偏析来提高氧化物弥散强化合金的机械性能

• 作者: 董智 马宗青 余黎明 刘永长
• 来源期刊: 中国科学:材料科学(英文版)
• 学科: 工学
• 关键词: 氧化物弥散强化合金 钨合金 氧化钇 第二相颗粒 抗蠕变性能 高温强度 扩散机制 界面能
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 页码范围: 987-998
• 页数: 12页
• 分类号: TG1

摘要

氧化物弥散强化钨合金(ODS-W)因具有显著提升的抗辐照能力、高温强度以及抗蠕变性能而展现出巨大的高温应用潜力.然而,分散在合金中的氧化物第二相颗粒容易在钨晶界处团聚并长大(甚至到微米尺寸),这大大抑制了它们对钨合金的强化效果.目前,如何有效细化和分散钨晶界处的氧化物第二相颗粒一直是人们面临的巨大挑战.在本文中,我们通过共沉积湿化学法和后续低温烧结成功制备出一种新型的离子掺杂的氧化钇弥散强化钨合金.结果发现,合适的离子掺杂不仅可以显著细化晶界处的氧化钇颗粒,而且可以改善钨基体的烧结特性.这些掺杂效应最终同时提高了钨合金的强度和韧性.经过分析可以确认离子掺杂剂在钨/氧化钇界面处的偏析是这些掺杂效应的起源.此外,经X射线光电子发射光谱(XPS)表征发现,离子掺杂剂偏析能显著改变钨/氧化钇界面的化学键合状态(即W–O键),进而使控制W晶粒生长的表面扩散机制也受到影响,这很好地解释了不同离子掺杂的钨合金中产生的晶粒尺寸差异.至于钨晶界处氧化钇的细化,可以从动力学和热力学的角度来解释.在热力学方面,钨/氧化钇界面能降低了氧化钇粒子长大的驱动力.在动力学方面,离子掺杂剂的界面偏析降低了氧化钇分子的移动能力.更重要的是,离子掺杂的方法也能应用于其他的氧化物弥散强化合金来提高他们的综合力学性能.