● 摘要
具有编织状结构的合金或是复合材料通常具有较高的强度、良好的韧性以及蠕变性能。例如，钛合金的机械性能可以通过一种篮网状的组织结构而大大增强，这种编织状的组织是通过α相和β相的交替排列而形成的。在这种编织状结构里，α相和β相的不同取向会阻碍连续的滑移变形，从而使得裂纹的扩展路线成为“之”字形，造成裂纹分叉，从而使得断裂韧性有一定的提升。
传统碳钢是由铁素体（α-Fe）和渗碳体（Fe3C）组成的铁基复合材料，由于Fe3C高温易分解，无法用于高温结构材料。如果采用高温稳定、熔点高和抗氧化性能优异的NiAl代替Fe3C作为增强相，以抗氧化性能优良的FeNiCr合金代替铁素体基体，获得一种连续的编织状的组织，将有望大幅提高铁基合金的高温力学性能。
本文通过对多元复杂铝热反应进行热力学分析，设计反应物的成分，成功制备了具有编织状结构的FeNiCr-NiAl复合材料。制备工艺简单，反应快且成本低。其中，金属间化合物NiAl具有熔点高、密度低以及优异的抗氧化能力等优点，且在铝热反应过程中原位生成，表面无污染，与基体结合强度高，体积分数高。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）和选区电子衍射（SAED）等分析测试手段，观察分析FeNiCr-NiAl复合材料的组织形貌和显微结构。利用纳米压痕技术获得了材料不同区域的弹性模量，微观硬度，衡量了不同区域的蠕变性能。另外利用Gleeble1500热模拟试验机对材料进行高温热压缩试验，研究材料高温热变形行为。
显微结构分析表明，合成的复合材料在枝晶区域由α-FeNiCr相和NiAl相组成，两者具有相同的晶型和接近的晶格常数，呈共格或半共格关系，NiAl相呈现板条状，为主要增强相，二者形成完整的编织状结构；在枝晶间区域由γ-FeNiCr相和Ni3Al相构成，Ni3Al以颗粒状形式存在。样品(110)晶面衍射峰边带效应和选区电子衍射卫星斑点等结果表明，编织状组织可能是由液相调幅分解产生的。基于之前研究的基础，在铝热剂中加入适量（1.2%）Y2O3干凝胶，以期获得NiAl相与纳米Y2O3颗粒共同增强的Fe基复合材料，实验发现合成材料的显微组织形貌并没有明显的变化，依然呈现编织状的组织。为了进一步均匀成分、减少材料缺陷以及为下一步的合金设计奠定基础，本文采用真空熔炼与铸造系统对合成材料进行了重熔，发现整个组织仍然呈现编织状，枝晶区域增强相较重熔之前更粗大，体积分数增大，对样品进行XRD相组成分析，样品仍然主要由FeNiCr相以及NiAl相组成。
对未添加任何干凝胶的合成材料进行纳米压痕分析，发现枝晶间比枝晶具有更高的硬度和弹性模量；枝晶区域的压入深度大于枝晶间区域；在枝晶间区域，蠕变应力指数为21.5，而在枝晶区域n的数值为28.0，相较于枝晶间区域，枝晶对于应力有着更大的敏感性。同时本文计算了P 和 √(P/t)两个蠕变常数，为利用纳米压入实验衡量材料的蠕变性能并且将之与单轴拉伸蠕变实验结果吻合提供了一定的支持。
热压缩试验给出了重熔之后的合成材料的最优加工参数以及不宜加工区域，发现最优参数均出现在低应变速率，加工效率可超过50%，为之后材料的实际热加工提供了理论支持。
第六章为作为交换生在马德里理工大学的研究成果。