低活化铁素体钢(Reducedactivationferriticsteel,简称RAFs)具有优异的热传导和抗肿胀、抗辐射性能,有看在先进核裂变和未来核聚变反应堆结构材料中得到应用,但其最高使用温度被限制在550~600℃。通过引进纳米氧化物粒子,可以使得RAFs材料在继续原有优良性能的同时又能在较高温度下服役。
纳米氧化物弥散强化铁素体合金的制备通常是将含Ti的铁素体粉末与纳米Y2O3(40nm左右)混合球磨、包套、固结,再进行后续热加工,得到的合金基体中有纳米氧化物颗粒、纳米晶和高密度的位错。原子探针(APT)检测发现细小的纳米氧化物颗粒是2~4nm的Ti-Y-O纳米团簇,这种高密度的纳米团簇可以强烈地钉扎位错,从而大幅进步合金的高温力学性能。
利用第一性原理研究产生Ti-Y-O纳米团簇的必要条件是Ti、Y、O原子弥散分布与空位自组装,团簇的形成、析出会降低体系的能量.因而是1种自发过程。而纳米团簇一旦产生则非常稳定,在高温下保温也不会发生明显长大。为了获得高密度细小的纳米团簇,球磨工艺异常关键,通常添加Y2O3的球磨时间都很长、所需能量也较高,常造成不可预料的污染,严重影响固结后合金的力学性能,因此缩短球磨时间是很有必要的。
(来源:粉末冶金材料科学与工程)