中國低活化馬氏體鋼(CLAM)因其良好的機械性能和相對成熟的制備技術被選為聚變堆包層的主要候選結構材料之一。馬氏體鋼的上限使用溫度通常為550℃，本研究中采用了氧化物彌散強化(ODS)方法以進一步提升其上限使用溫度。氧化物Y2Ti2O7是ODS鋼中常用的強化相，通常是將鈦(Ti)和三氧化二釔(Y2O3)與鋼基體粉末進行機械合金化，并在隨后的熱固結或熱處理過程中形成。然而，對于單獨添加Y2Ti2O7在ODS鋼制備過程中的結構演變和其對材料結構及性能影響機理尚不清楚。
在本研究中，核能安全所科研人員采用機械合金化和放電等離子體燒結方法制備了添加納米Y2Ti2O7和非晶Y2Ti2O7的ODS-CLAM鋼，研究了添加不同初始結構Y2Ti2O7的樣品組織和拉伸性能。研究結果顯示：納米Y2Ti2O7在球磨過程中結構未發生變化，非晶Y2Ti2O7經球磨后部分轉化為晶體氧化物;氧化物的初始結構對燒結后樣品的微觀結構和強度具有明顯影響，添加非晶Y2Ti2O7的燒結樣品中納米顆粒尺寸更細，且在具有相近屈服強度時其具有較高的塑性。本研究闡明了Y2Ti2O7在材料制備過程中的結構演變，通過控制氧化物初始結構提升了ODS-CLAM鋼性能，為強塑性ODS鋼的研發提供了一定借鑒與參考。
本研究工作得到了中國科學院國際伙伴計劃等項目的資助。
圖1 添加氧化物Y2Ti2O7的初始結構：(a-c) 納米粉末;(d-e) 非晶粉末;(f) XRD圖譜
圖2 燒結樣品微結構及納米顆粒尺寸統計：(a-d) Y2Ti2O7-CLAM樣品;(e) 非晶Y2Ti2O7-CLAM樣品;(f) 納米顆粒尺寸統計圖
圖3 兩種回火樣品的屈服應力實測值與計算值比較
