题目：纳米Al2O3强化的铁基ODS合金的铝热合成研究

铁基氧化物弥散强化合金（ODS合金）是高温合金的一种，自从问世以来就广泛的应用于航空航天、民用、化工以及新一代核反应堆包壳材料等领域，其使用温度范围在1000℃-1300℃。传统的ODS合金的制备方法主要有内氧化法和机械合金化法。内氧化法是利用合金中少量与氧具有亲和力的元素与氧反应生成氧化物，但此方法仅对某些特殊成分的合金可行，对多组分的合金来说，很难保证其他元素不被氧化，而且氧化物颗粒不能细小弥散的分布于基体中。机械合金化法是将微米级的氧化物加入预合金粉末中进行高能球磨后获得氧化物弥散分布的合金。但此方法在球磨过程中含氧量不易控制，且容易引人杂质。

针对上述问题，本文利用溶胶-凝胶法结合铝热反应的方法制备了Al2O3纳米粒子和NiAl共同强化的铁基ODS合金。通过对多元复杂铝热反应进行热力学分析，计算反应物的成分来配置铝热剂，将混合铝热用钨丝引燃。熔融状态的合金在重力的作用下流入下方模具，经冷却后形成铁基ODS合金。合金中Al2O3纳米的形成与铝热剂中添加溶胶-凝胶法制备的TiO2干凝胶有关。这种方法具有工艺简单、反应快速和成本低廉等优势。Al2O3纳米粒子在铝热反应中原位生成，表面纯净且与基体结合性好。

本文采用X射线衍射仪（XRD）、金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和选区电子衍射（SAED）等分析手段，观察分析铁基ODS合金的相组成及微观组织结构。利用力学性能测试机对添加不同含量的TiO2凝胶的铁基ODS合金的力学性能进行测试。研究了Al2O3纳米粒子的大小、分布和运动行为，以及TiO2凝胶的添加含量对铁基ODS合金的组织和力学性能的影响。基于对溶胶-凝胶法制备的TiO2干凝胶对铁基ODS合金组织和性能的影响的研究，本文还尝试在铝热剂中加入适量的Y2O3（2%）干凝胶来替代TiO2干凝胶，以期获得Y2O3与NiAl相共同增强的铁基ODS合金。

显微结构分析表明，铝热反应后形成的合金主要由编织状的α-FeNiCrAl和NiAl相 2相组成，两相的晶格常数和晶型基本相同，呈现共格或半共格关系，其中NiAl相呈板条状。添加TiO2凝胶后，形成Al2O3纳米粒子，尺寸约为10 nm，且由于界面能的作用几乎全部分布于NiAl相上。力学性能分析表明，添加TiO2凝胶对材料拉伸性能有重要影响。随着TiO2干凝胶含量的增加，合金的抗拉强度逐渐增加；当添加TiO2凝胶含量达到1.24%时，合金的抗拉强度达到最大值849 MPa，并保持13%的延伸率。继续添加凝胶，则会产生大量的气体，形成缩孔，降低合金强度。

本文还探索了添加Y2O3干凝胶（2%），对样品的组织的影响。对干凝胶的SEM分析表明，干凝胶呈现大片状和小颗粒状。对干凝胶的XRD分析表明，干凝胶呈现非晶态但仍有少量在烘干时出现了晶化。对合金的SEM分析表明，添加Y2O3干凝胶后对样品的组织结构并没有很大的影响，晶粒内部依然呈现编织状。TEM分析证明了Y2O3纳米粒子的存在，并且观察到纳米粒子均匀分布于合金中，尺寸在5-10 nm之间。