中文摘要：

针对传统钴基合金中温强度不足和高温下显微组织失稳的问题，本项目拟同时引入γ′相和纳米复合氧化物两种强化机制，采用机械合金化工艺制备新型钴基氧化物弥散强化(ODS)合金。通过弥散相细化、γ′相优化和形成粗晶粒组织三个措施来提高高温力学性能。重点研究氧化物的溶解-析出机制、弥散相细化和界面结构控制机理、以及机械合金化获得的过饱和固溶体在热处理过程中的组织演变规律等基础问题。在掌握形成粗晶粒组织的关键工艺参数的基础上，阐明钴基ODS合金独特的二次再结晶行为。通过力学性能研究和显微结构分析揭示不同温度下的强化机理。新型钴基ODS合金能够将优异的高温力学性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能结合起来，有望用作燃气轮机中的叶片、喷嘴和燃烧室等高温部件的关键材料。该研究对拓展钴基合金的使用温度极限和丰富互不溶系ODS合金制备的相关理论具有重要的科学意义和应用价值。

结论摘要：

纳米复合氧化物和γ′相共强化的钴基氧化物弥散强化（ODS）合金能够将优异的高温力学性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能结合起来，可用作燃气轮机中的叶片、喷嘴和燃烧室等高温部件的关键材料。本项目重点开展氧化物的溶解-析出机制、氧化物弥散相细化及界面结构控制、过饱和固溶体的显微组织演变、以及Ni元素的添加对显微组织和力学性能的影响等基础问题的研究。得出以下结论 Y2O3颗粒在高能球磨过程中发生分解并在后续退火过程中于690℃左右析出，这为氧化物弥散相的细化提供了可能。添加Ti、Zr和Ca不能细化氧化物，只有Hf元素能够起到细化氧化物弥散相的效果。最佳的Hf元素添加量为1.2wt.%，氧化物的平均粒径减小到9.6nm，颗粒间距缩小到55nm，分布更加均匀。添加Hf元素后形成了Y2Hf2O7复合氧化物，由于Y2Hf2O7与基体形成共格界面，降低了界面能，从而抑制了氧化物弥散相的粗化。相反，Y2O3容易与Al元素结合形成Al2O3或Y3Al5O12复合氧化物，导致氧化物颗粒的粗化，而且氧化物的粒径随着Al含量的增加而增大。氧化物的溶解-析出机制与微合金元素的添加相结合的不仅实现了弥散相细化，而且提供了一种进行界面结构控制的新手段。添加Hf元素的Co-Al-W系ODS合金与未添加Hf元素的合金相比，氧化物颗粒在高温热处理过程中具有更优异的抗粗化效果。 Al、W元素室温下在钴基体中的固溶度极低，高能球磨过程中引入的高密度位错、大量点缺陷、超细晶粒和高界面能促进了Al、W元素在钴基体中形成过饱和固溶体，并带来复杂的显微组织演变。Al、W元素即使经过1300℃固溶处理也未能形成单相固溶体，致使合金成分偏离γ+γ′两相区，因此热处理后的钴基ODS合金除了在基体中析出少量γ′相外，大部分Al、W元素以Co7W6、Co3W和AlxCo的形式析出。钴基ODS合金的显微组织中出现了无析出相区域，是一种由硬/软两相构成的显微组织。钴基ODS合金的平均晶粒尺寸仅为1.1μm，呈双晶粒尺寸分布特征。 钴基ODS合金中添加Ni元素后扩大了Al、W元素在钴基体中的固溶度，促进了γ？相的形成，Co7W6、Co3W和AlxCo等析出相的数量明显减少。γ′相的形貌近方形，γ′和基体间的晶格错配度为0.44%。随着时效时间的延长，γ′相发生Ostwald 熟化，粒径为0.48~0.62μm。