Fe-Y-Ti-O体系相图及Y2Ti2O7纳米强化相形成规律、热稳定性研究

Y2Ti2O7纳米相强化的铁基高温合金是近年来国际上出现的一种新型结构材料，在热核反应堆包壳管中具有重要应用前景。目前对这类合金材料的微观结构特征及形成规律和高温热稳定性等基础理论问题还缺乏深入的认识。本项目研究Y2Ti2O7纳米相与尺寸相关的热力学性质，并将其引入Y-Ti-O、Fe-Ti-O、Fe-Y-O、Fe-Y-Ti-O体系热力学描述，建立包含Y2Ti2O7纳米相尺寸效应的Fe-Y-Ti-O重要截面图，研究Y2Ti2O7纳米相在铁基合金中形成和稳定存在的成分和温度条件，设计、优化Y2Ti2O7纳米相强化的铁基高温合金粉末冶金制备工艺，获得Y2Ti2O7强化相尺寸细小、分布均匀的铁基高温合金。本工作解决了开发这类合金的关键科学问题，为其规模化工业生产奠定了基础，也可为纳米相强化的其它高温合金设计提供重要的实验数据和理论依据，同时对拓展材料热力学、纳米科学的理论基础具有重要意义。

Y2Ti2O7纳米相强化的铁基高温合金是近年来国际上出现的一个新型结构材料，在热核反应堆第一壁结构件中具有重要应用前景[6-8]。由于纳米粒子具有大的表面能和强的界面作用，制备这种Y2Ti2O7纳米相强化的铁基高温合金并推广应用，必须解决一系列科学问题，特别是Y2Ti2O7纳米相的形成规律和热稳定性等基础问题。.本项目按照计划，开展Fe-Y-Ti-O体系平衡相图热力学研究和Y2Ti2O7纳米粉的制备工艺及稳定性研究，主要内容包括：1）综合合金熔炼、扩散偶制备和差热分析（DSC）、X射线衍射物相分析（XRD）等方法，研究了Fe-Ti-Y体系相图，并在文献数据和本工作实验结果的基础上对Fe-Ti-Y及相关二元体系进行了热力学优化计算，澄清了文献结果的争议，研究结果发表在rans. Nonfer. Metals Soc. Ch学术期刊上。(2)由于Y和Ti的反应活性大，容易氧化，大大增加了实验工作的难度。本工作以高纯Y2O3、TiO2和Fe2O3为原材料，制备这些氧化物不同成分的混合物，并采用DSC、XRD等方法分析样品的相转变性质、物相特征，建立Y2O3-TiO2和Y2O3-Fe2O3、TiO2-Fe2O3体系实验相图，在此基础上，热力学优化计算了Y2O3-TiO2体系整个成分、温度范围的计算相图，获得了Y2O3-TiO2体系准确可信的热力学参数。相关研究结果发表在Calphad期刊上。（3）开展了Fe2O3-Y2O3、Fe2O3-TiO2 、FeO-Y2O3、FeO-TiO2赝二元体系的关键相图数据实验测定及Fe-Y-O、Fe-Ti-O三元体系热力学优化计算；（4）开展了超细纳米粉Y2Ti2O7制备、热稳定性研究，掌握了采用溶胶-凝胶法制备尺寸小于10nm的Y2Ti2O7纳米粉的方法；（5）研究了Y2Ti2O7纳米粉的发光性能，发现稀土离子、碱金属离子共同掺杂，可以获得发光性能优异的超细Y2Ti2O7纳米粉。本研究可为设计、控制和制备新型纳米相强化的高温合金及拓展其应用提供重要的参考经验和理论基础。.在项目研究期间，发表相关研究论文14篇，参加国际会议5次，每年都按期撰写年度研究进展报告。项目组成员一人获得硕士学位，两人获得博士学位，两人晋升高级职称。