基于纳米片状粉末烧结特性的氧化物弥散增强(ODS)铁素体钢的可控制备与表征

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51501158
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Oxide dispersion strengthened (ODS) ferritic steel is one of the most promising candidates for the first wall cladding materials in the fourth-generation nuclear reactor system. For this kind of steel, the key is to control both the size distribution and the localization distribution of the Y2O3 particles in the ferrite matrix. There are some inherent weaknesses of the existing traditional mechanical alloying (MA) method, such as high risk of decomposition reaction of Y2O3 particles, poor oxygen content control and complicated microstructure. Powder metallurgy (PM) method can avoid the above shortcomings, but the mechanical performances of the ODS steel prepared by PM method are unsatisfactory. Based on our previous work (Scripta Mater, 78–79: 1-4, 2014), nano flake powders have special sintering coarsening behaviors. The coarsening rate through thickness direction of the flake powder is faster than that of through width direction during sintering. Thus, oxide particle is enveloped by the growth of the two neighboring flakes and has intragranular distribution in the ferrite matrix finally, which results in higher dispersion strengthening contributions due to the additional Orowan strengthening effect. In view of the above, the applicant proposed here to use the low energy ball milling (LEBM) to activate the pre-alloyed ferritic steel powders, and use the nano flake powders with high specific surface area as building blocks to assemble into ODS ferritic steel via PM method. The platform for ODS ferritic steels prepared by PM technique can be established through this project. And some constructive suggestions for fabricating high performance ODS ferritic steels will be put out.
氧化物弥散增强(ODS)铁素体钢是第四代核能系统反应堆第一壁包层最具潜力的候选材料之一。对于该材料而言,关键是控制Y2O3颗粒在铁素体内的尺度分布和位置分布。传统机械合金化(MA)法存在Y2O3易分解反应、含氧量不易控制以及微观组织复杂等缺点。粉末冶金(PM)方法可以规避上述缺点,但制备的ODS钢性能较差。申请人前期研究发现(Scripta Mater, 78–79: 1-4, 2014)纳米片状粉末具有特殊的烧结粗化行为,烧结后期粉末厚度方向生长速率高于宽度方向上的生长速率,使得氧化物颗粒被包覆在金属基体内而呈晶内弥散分布,导致材料由于具备额外的Orowan强化,弥散强化效果更显著。据此提出采用低能球磨活化铁素体预合金粉末,以高比表面积纳米片状粉末为组装单元通过PM技术制备ODS铁素体钢的工艺。本项目实施有望建立PM制备ODS铁素体钢的技术平台,为开发高性能ODS铁素体钢提供技术支撑。

结项摘要

本项目主要研究内容分为两项:一是ODS铁素体钢成型工艺,二是ODS铁素体钢微观组织特征和强韧化机制。针对ODS铁素体钢成型工艺的研究,本项目开发了一种ODS铁素体不锈钢的制备方法,包括:制备铁素体不锈钢预合金粉末,所述铁素体不锈钢中含有Ti或W;将所述铁素体不锈钢预合金粉末进行低能球磨,得到片状铁素体不锈钢预合金粉末;将所述片状铁素体不锈钢预合金粉末进行过滤,烘干后与Y2O3粉末进行混粉处理,得到复合粉末;将所述复合粉末进行冷压,再进行粉末烧结,然后将烧结后的材料进行热挤压,得到ODS铁素体不锈钢。本方法采用低能球磨处理获得了片状铁素体不锈钢预合金粉末,然后以其作为结构单元进行组装,有效控制了Y2O3颗粒相在铁素体不锈钢基体内的尺寸分布和空间分布,实现了Y2O3颗粒相在晶内的均匀弥散分布,获得了力学性能较好的铁素体不锈钢。该制备方法申请并授权国家发明专利一项。针对ODS铁素体钢微观组织特征和强韧化机制研究,本项目研究了具有双晶结构的高铝ODS钢微观组织特征和强韧化机制。研究结果表明,随着铝含量的增加,ODS钢基体形成由被细晶粒紧密包围的粗晶粒组成的双晶结构,并随着Al添加的增加,这种双晶结构特征更显著。此外,随着铝含量的增加,纳米级氧化铝颗粒在双晶铁素体晶粒内部沉淀析出。双晶结构材料由非均匀屈服产生的高背应力加强,也即所谓的背应力强化。由细晶粒包围的粗晶粒通过这种背应力有效地硬化,增加了粗晶粒中的位错滑移的难度。随着Al添加量从2.5增加到4.5,应变硬化缓慢改善。这很可能是因为背应力不仅提高了屈服强度,而且增强了应变硬化,从而提高了延展性。于此同时,纳米氧化铝颗粒的沉淀析出,提供额外的Orowan强化,因此通过背应力强化加上额外的Orowan强化来能够增强高Al含量ODS钢强度和韧性。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Effect of Annealing Treatment on Microstructure and Properties of Cr-Coatings Deposited on AISI 5140 Steel by Brush-Plating
退火处理对AISI 5140钢刷镀铬层组织和性能的影响
  • DOI:
    10.3390/coatings8050193
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    COATINGS
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Hu Jianjun;Jiang Jie;Li Hui;Yang Xian;Xu Hongbin;Jin Yan;Ma Chaoping;Dong Qingshan;Guo Ning
  • 通讯作者:
    Guo Ning
Enhancing tensile strength of Cu by introducing gradient microstructures via a simple torsion deformation
通过简单的扭转变形引入梯度微结构来提高铜的拉伸强度
  • DOI:
    10.1016/j.matdes.2015.10.157
  • 发表时间:
    2016-01-15
  • 期刊:
    MATERIALS & DESIGN
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Guo, Ning;Song, Bo;Liu, Tingting
  • 通讯作者:
    Liu, Tingting
Annealing behavior of gradient structured copper and its effect on mechanical properties
梯度结构铜的退火行为及其对力学性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.msea.2017.07.023
  • 发表时间:
    2017-08-15
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Guo, Ning;Li, Dongrong;Chai, Linjiang
  • 通讯作者:
    Chai, Linjiang
Strengthening and toughening austenitic steel by introducing gradient martensite via cyclic forward/reverse torsion
通过循环正向/反向扭转引入梯度马氏体来强化和增韧奥氏体钢
  • DOI:
    10.1016/j.matdes.2018.01.058
  • 发表时间:
    2018-04-05
  • 期刊:
    MATERIALS & DESIGN
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Guo, Ning;Zhang, Zhimin;Daymond, Mark R.
  • 通讯作者:
    Daymond, Mark R.
Evolution of gradient microstructure in an extruded AZ31 rod during torsion and annealing and its effects on mechanical properties
AZ31 挤压棒材在扭转和退火过程中梯度微观结构的演变及其对力学性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.msea.2017.02.042
  • 发表时间:
    2017-03-24
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Song, Bo;Pan, Hucheng;Xin, Renlong
  • 通讯作者:
    Xin, Renlong

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其他文献

桥墩水流特性大涡模拟研究
  • DOI:
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    夏正俊

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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