铁 铬 铝合金中铬的第三组元作用

 研究了Fe 10Al、Fe 5Cr 10Al和Fe 10Cr 10Al合金在1 000 ℃的氧化行为，利用电子显微镜和俄歇电子谱分析了合金表面氧化膜的形貌及组成。讨论了三元Fe Cr Al合金形成保护性氧化膜的机理，对于不发生铝的内氧化情况提出了合金中第三组元铬的作用机制：在氧化初始阶段，铬与合金中其它两组元——铁和铝一起氧化形成各自的氧化物，铬在氧化膜内最大含量的位置处于铁和铝的最大含量位置之间；铬降低了氧化膜内的铁含量，提高了初期氧化膜的保护性，从而促进选择性氧化铝膜的形成。     

机械合金化Fe-20Cr-2.5Al合金循环氧化行为

采用机械合金化及热压法制备Fe-20Cr-2.5Al、Fe-20Cr-2.5Al-0.8Y2O3和Fe-20Cr-2.5Al-3Y2O3合金,研究了不同Y2O3含量对MA Fe-Cr-Al合金在900℃空气中循环氧化行为的影响。结果表明,Fe-20Cr-2.5Al合金氧化增重最大,Fe-20Cr-2.5Al-3Y2O3合金氧化增重其次,Fe-20Cr-2.5Al-0.8Y2O3合金氧化增重最少,抗高温循环氧化性能最好。Fe-20Cr-2.5Al合金的氧化膜分为三层,外层主要为Fe2O3,与镍层连接界面有很薄一层不连续的Al2O3,中间层主要为Fe2O3和Cr2O3的复合氧化物,氧化膜内层主要为Fe Cr2O4;Fe-20Cr-2.5Al-0.8Y2O3合金的氧化膜没有明显分层现象,氧化膜主要为Cr2O3;Fe-20Cr-2.5Al-3Y2O3合金的氧化膜分为两层,外层主要由Al2O3和Cr2O3交替连接形成,内层主要由Cr2O3组成,有很薄的复合氧化物Fe Cr2O4。Y2O3的添加可有效提高Fe-20Cr-2.5Al合金的抗循环氧化能力,其中Fe-20Cr-2.5Al-0.8Y2O3合金好于Fe-20Cr-2.5Al-3Y2O3合金。     

机械合金化铁硅钇合金的高温氧化行为

通过金相显微镜、热重分析、X射线衍射仪及带有能谱的扫描电子显微镜等研究了添加Y和机械合金化(MA)对Fe Si合金在900℃、0.1 MPa纯氧气条件下高温氧化行为的影响。结果表明,与熔炼(CC)Fe-3Si合金相比,MA Fe-3Si-0.5Y和MA Fe-3Si-5.0Y合金的晶粒尺寸明显降低,但在24 h氧化过程中,MA合金的氧化增重明显增加,这归因于晶粒细化提高了合金中的晶界密度,增加了合金各组元和氧的传质速率,促进了氧化过程的进行。与MA Fe-3Si-0.5Y相比,MA Fe-3Si-5.0Y合金在氧化初期表现出较高的氧化速率和较大的氧化增重,但3 h后合金的氧化速率迅速降低,这归因于氧化膜内层钇氧化物的迅速生成和富集。钇的添加减少了"Kirkendall空位"和阳离子空位所形成的孔洞,抑制了合金基体和氧化膜界面空腔和裂纹的形成,提高了合金氧化膜的粘附性。     

稀土Y对Ni-Fe-Co-Cu合金微观组织和高温氧化性能的影响

研究了稀土Y对45Ni-40Fe-8Co-7Cu合金微观组织和850℃高温氧化性能的影响。结果表明,45Ni-40Fe-8Co-7Cu合金在850℃,0.101 MPa氧分压下氧化形成以Fe_2O_3和(Ni/Co)Fe_2O_4为主的混合氧化物膜层,合金氧化遵循抛物线规律,抛物线速率常数为1.83×10~(-10)g~2·cm~(-4)·s~(-1)。添加稀土Y后,合金沿晶界析出稀土相,Y含量越高,晶界稀土相越多。添加稀土后的合金在850℃高温氧化过程中,氧化仍遵循抛物线规律,同时,晶界稀土相促进了Ni的外扩散,氧化形成的膜层以(NiCo)Fe_2O_4尖晶石氧化物为主。添加0.3%(质量分数)稀土Y的45Ni-40Fe-8Co-7Cu-0.3 Y合金850℃高温氧化形成的尖晶石结构的氧化物结晶颗粒细小,膜层致密完整,且合金抛物线氧化速率常数减小为1.15×10~(-10)g~2·cm~(-4)·s~(-1),说明添加少量(0.3%)稀土Y后,细化了氧化物结晶颗粒,提高了合金抗氧化性能。随着稀土Y添加量的进一步增加,合金高温氧化过程中,晶界稀土相不但促进了Ni的外扩散,同时加速了O的内扩散,合金抗氧化性能变差。     

Cu30Ni10Cr8Al2Zr合金的组织结构与高温氧化行为

利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法研究了Cu30Ni10Cr8Al2Zr合金的组织结构及其在700,800和850℃空气中的高温氧化行为。结果表明:合金的铸态组织较粗大,合金的相结构主要由α-Cu固溶体相和β富Cr相组成,在晶界上存在Zr的偏聚。950℃均匀化退火2 h后晶粒得到细化。当氧化试验温度为700℃时,合金表面生成了主要由Cu,Ni组成的不完全氧化物膜,并且有少量"棉絮状"复合氧化物析出;该温度下合金的氧化动力学符合抛物线规律。当氧化试验温度为800,850℃时,合金表面形成了连续、致密的Al2O3保护膜,在氧化膜和合金基体之间形成了一层富Cr的内氧化层;氧化层与基体之间结合紧密,氧化层厚度随试验温度的升高而增大,在800,850℃温度下合金的氧化动力学符合立方抛物线规律。综合分析表明合金在800和850℃下均具有良好的高温抗氧化性。     

铝对抗磨耐热钢抗氧化性的影响

 研究了不同铝含量的Fe 25Cr 20Ni在900 ℃、1000 ℃和1100 ℃的高温氧化行为。其中,Fe 25Cr 20Ni 472Al在900 ℃、1000 ℃和1100 ℃时的平均氧化速度比Fe 25Cr 20Ni分别降低47.14％、58.14％和17.49%。X射线衍射分析结果表明,氧化膜主要为Fe、Cr的氧化物和尖晶石（NiCr2O4、FeCr2O4）,其中在Fe 25Cr 20Ni 472Al合金中检测到了Al2O3。对氧化后试样截面进行扫描电镜观察和能谱分析,结果表明,不含铝以及铝的质量分数为1.68%和7.10%的试样氧化后氧化膜分为两层：即厚度较为均匀,存在较多的破碎、剥落的外层和外层与基体之间的较为致密,但存在空穴的内层;铝的质量分数为4.72 %的试样氧化膜较为致密,基本无剥落,分层现象不明显,生成的Al2O3存在于氧化膜的最外层,有效防止了材料的进一步氧化。     

铁硅钇合金的高温氧化行为

通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜和热重分析等研究了添加钇对Fe-Si合金在900℃和1000℃、0.1 MPa纯氧气中高温氧化行为的影响。结果表明,随着元素钇含量的增加,Fe-3Si-0.5Y和Fe-3Si-5.0Y合金的晶粒尺寸较Fe-3Si-0Y合金降低约80%和94%,同时,根据X射线分析结果,合金表面氧化膜的晶粒尺寸随着合金晶粒尺寸的降低明显减小。晶粒细化使合金及其氧化膜中的晶界数量增加,并进一步地促进了合金元素和氧在其中的扩散以及SiO2和Y2O3的形成。然而,含钇合金在900℃和1000℃氧化时均未生成单一连续的SiO2或Y2O3氧化层,但晶粒细化后硅和钇氧化物的快速形成及部分地横向连接对元素的扩散仍起到了比较有效的抑制作用,含钇合金的氧化抗力因此得到了提高。讨论了添加元素钇导致的合金晶粒细化对Fe-Si合金氧化行为的影响机制。     

新型低Cr镍基合金GH3535高温氧化行为

采用静态增重法,研究了GH3535合金在700~980℃温度范围内空气中的恒温氧化行为。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电子探针(EPMA)分析了GH3535合金高温氧化膜表面与截面形貌、表面氧化膜的相组成以及氧化层中元素分布情况。结果表明GH3535合金在700℃氧化后表面氧化膜无明显剥落,氧化动力学曲线遵循立方规律,氧化膜厚度4μm左右。870和980℃时氧化物出现剥落,870℃下无内氧化现象发生。GH3535合金在3个温度下的氧化速率分别为0.064,0.073和0.200 g·(m2·h)-1,根据氧化等级评定,700和870℃时属于完全抗氧化等级;而980℃时GH3535合金转变为抗氧化等级。GH3535合金700℃时氧化膜主要组成是外层Ni O和Ni Fe2O4等复合氧化物,中间层是Cr2O3,Ni Cr2O4,Mo O2和Ni Mn2O4等氧化物;870℃氧化膜分层同700℃一致,但外层Ni O含量降低,内层Cr2O3厚度增加;980℃时外层Ni O已剥落掉,露出内部Cr2O3等氧化层,并出现了Al2O3内氧化层。     

Fe-Y合金的高温热腐蚀

研究了Fe-5Y、Fe-10Y合金及纯Fe在900℃下的热腐蚀行为.两种合金的热腐蚀产物膜类似,外层为Fe的氧化物,内层为Fe的最低价态氧化物、硫化物及Y的氧化物和硫化物构成的混合物,并发生了Y的内氧化、内硫化.Y的加入对Fe-Y合金的抗热腐蚀性能贡献不大,也未出现Y的选择性氧化或硫化.这主要是由于Y在Fe中极低的溶解度和氧的向内扩散加强造成的.     

Ce和Re对CoNiCrAlY合金1000℃氧化行为的影响

在热障涂层粘结层用CoNiCrAl Y合金中添加适量活性元素Ce和合金元素Re,1000℃空气气氛下进行恒温氧化,测试合金氧化动力学,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜/能谱(SEM/EDS)等手段观测氧化产物的物相组成和转变、氧化膜结构,进而比较添加适量活性元素Ce和合金元素Re对合金氧化行为的影响。结果表明,当前氧化条件下,合金氧化动力学可以划分为两个阶段:氧化初期,氧化速率较快;稳定氧化阶段,氧化产物由亚稳态θ-Al2O3转化成稳态α-Al2O3,氧化速率明显降低。CoNiCrAl Y合金表面形成了单一Al2O3膜,而CoNiCrAl YRe合金生成了富Cr氧化物外层+Al_2O_3内层双层氧化膜,并且在贫铝区形成了少量内氮化物。0.1%Ce(质量分数)的加入促进了Al的选择性氧化,加快了Al2O3的相转变,从而促进保护性α-Al2O3氧化膜的更快形成,使得CoNiCrAl Y合金稳定氧化阶段氧化速率常数由3.3×10~(-13)g~2·cm~(-4)·s~(-1)降低为1.5×10~(-13)g~2·cm~(-4)·s~(-1)。而且,Ce和Re元素共同存在时对合金抗氧化性能的改善效果更显著,CoNiCrAl YRe Ce合金表面形成了单一、连续、致密的Al_2O_3保护膜,Ce的加入使得含Re合金CoNiCrAl YRe的稳定氧化阶段氧化速率常数由2.8×10~(-13)g~2·cm~(-4)·s~(-1)降低为7.5×10~(-14)g~2·cm~(-4)·s~(-1)。     

稀土Y对Mg-15Al合金组织及摩擦磨损行为的影响

通过合金制备、微观分析和摩擦磨损测试等手段,研究了不同含量的稀土元素Y对Mg-15Al合金相微观组织和摩擦磨损性能的影响。实验结果表明,加入钇后,Mg-15Al合金的α-Mg晶粒明显细化,α+β共晶组织由粗大的网状变得分散、细小,钇与铝形成稳定的Al2Y化合物,钇的加入量为0.8%时,组织细化效果最好,此时晶粒尺寸最小为23.05μm。当钇加入量超过0.8%时,α-Mg晶粒又变大,力学性能下降。稀土镁合金的摩擦磨损特性明显优于基体合金,稀土元素的加入增强了磨损表面氧化膜的稳定性,提高了稀土镁合金的承载能力,有效延迟了由轻微磨损向严重磨损的转变过程。     

CoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金在0.75%SO_2气氛中的腐蚀行为研究

应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(能谱分析)(SEM-EDS)和电子探针显微分析等方法探讨了预涂覆碱金属硫酸盐的Co Cr Fe NiTi_(0.5)高熵合金在0.75%SO_2气氛中的腐蚀行为。结果表明:在0.75%SO_2气氛中,合金的腐蚀动力学曲线遵循"抛物线"规律;合金表面生成由Ti,Cr_2,Fe氧化物,尖晶石结构复杂氧化物AB_2O_4以及(Fe,Ni)硫化物组成的腐蚀产物;升高温度显著增加氧化膜厚度以及腐蚀影响区的孔隙密度,这使得氧化层与基体结合程度变差甚至剥离,腐蚀深度增大。Co Cr Fe Ni Ti_(0.5)高熵合金在含硫气氛下的腐蚀归因于腐蚀初期合金元素的氧化,以及随后发生的金属氧化物的硫酸盐化、三元共晶复合盐的形成以及合金元素Fe在熔盐中的溶解反应;不仅如此,介于合金基体与金属氧化层间的腐蚀影响区还发生了合金元素(Fe,Ni)的硫化。     

稀土提高Fe-Cr-Al电热合金寿命的原因

在1350℃快速寿命试验过程中,Fe-23Cr-6Al合金中的铝减少到约1wt％时,氧化皮形成许多富铁的氧化物瘤子,瘤子迅速长大使试验丝烧断。添加0.15wt％La、0.15wt％Ce或0.60wt％Y使合金中铝的消耗速度减小,寿命提高4～6倍。含稀土合金的a-Al_2O_3氧化皮不形成隆起,因而其粘附性极好,合金的氧化速度不因温度循环变化而加快。无隆起的氧化皮不易发生破裂和形成瘤子,这使合金的恒温氧化速度也被减小。此外,保护性良好的氧化皮还阻止空气中的氮进入合金形成AlN。这些是含稀土合金铝耗缓慢的原因。高温氧化时稀土形成内氧化物,在初期氧化膜中有稀土的富集。     

NiCrAlY涂层对镍基单晶高温合金氧化性能的影响

采用磁控溅射方法在镍基单晶高温合金基体上沉积NiCrAlY微晶涂层.用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段研究了镍基单晶高温合金及其NiCrAlY微晶涂层在900～1100℃静止空气中的氧化行为.结果表明,镍基单晶合金及其微晶涂层在900℃表现出相同的增重规律,即经初期快速增重后,两者的氧化增重都变得非常平缓;在1000℃,单晶合金的氧化膜不断剥落,使动力学曲线上下起伏,而微晶涂层经初期快速增重后,动力学曲线趋于平缓;在1100℃,单晶合金由于氧化增重远大于氧化膜剥落所造成的失重,使氧化动力学曲线在整个氧化过程中都呈迅速增长趋势,而微晶涂层的氧化动力学基本符合抛物线规律.单晶合金表面形成含Al2O3、Cr2O3、NiO、CrTaO4和Ni(Al,Cr)2O4尖晶石等的复合氧化膜.施加NiCrAlY微晶涂层后,镍基单晶合金表面形成连续、致密且结合良好的单一氧化物Al2O3,使合金的抗氧化性能明显提高.     

Ni-Cr-Al合金在1000℃空气中的氧化

研究了两种不同Cr含量的常规熔炼Ni-Cr-Al合金在1000℃空气中的氧化行为.合金氧化动力学遵循抛物线规律,Ni-20Cr-2.5Al合金在1000℃的氧化增重略小于Ni-15Cr-2.5Al合金,二者的氧化增重都明显小于Ni-20Cr合金.Ni-20Cr-2.5Al合金1000℃氧化后形成了外层的Cr2O3及内层极薄的Al2O3型氧化膜,在Ni-Cr合金中加入Al,由于Cr、Al的相互作用,降低了形成Cr2O3和Al2O3外氧化膜所需的Cr或Al的临界含量,促进了保护性Al2O3或Cr2O3膜的生成.     

废SCR钛基脱硝催化剂铝热还原重熔制备含铬钛铝基合金的试验研究

首次利用废选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂为原料,采用铝热还原—重熔法进行了Ti-Al基合金制备的试验研究,并通过添加不同含量的Cr元素,研究Cr对合金微观组织、物相组成及性能的影响。通过X射线衍射(XRD)和能谱(EDS)分析,发现未添加Cr元素的合金中所观察到的相主要由Ti_(0.8)V_(0.2)Al_3、TiAl_2、Ti_3Al、TiAl等钛铝金属间化合物,Ti_5Si_3、TiSi_2等钛硅化合物,CaAl_4O_7、Ca_2AlSiO_(5.5)等氧化物组成。添加Cr元素可降低高铝型钛铝化合物的形成,减少钙铝氧化物含量,形成含铬元素的Ti_(0.25)Cr_(0.08)Al_(0.67)相,增加Ti_3Al与TiAl类物相的生成。通过Pandat热化学软件的物相衍变计算得出,Cr的添加可大幅度降低Al_3(Ti,V)的相比率,降低一定量的(Ti,Cr)_5Si_3相比率,同时增加TiAl相的形成。硬度测试结果表明,随Cr含量的增加,合金硬度整体呈上升趋势。这可能是由于等轴晶TiAl类物相的均匀分布和(Ti,W)_5Si_3相的减少所导致的。     

用稀土氧化物电渣重熔0Cr25Al5电热合金的研究

用Fe-Cr-Al作为电热材料与Ni—Cr相比具有一系列的优点:使用温度高,电阻率大,在氧化气氛中使用寿命比Ni—Cr高,此外Fe—Cr—Al是铁基合金不加Ni,所以Fe—Cr—Al系是符合我国资源情况的电热合金,从而得到了大量的推广与使用。往0Cr25Al5合金中加入稀土金属对提高寿命的效果极为显著。当稀土含量为0.034～0.075％时,0Cr25Al5合金在1200℃的快速寿命由原来的180小时提高到300小时。稀土作用如此之大,再加上我国稀土资源丰富,因此进一步研究稀土在该合金中的应用,使其主要性能指标赶上或超过国际先进水平,就显得更为重要了。     

Y_2O_3对机械合金化Fe-20Cr-2.5Al合金热腐蚀行为的影响

为了研究稀土元素对高温热腐蚀行为的影响,采用机械合金化及热压法制备Fe-20Cr-2.5Al、Fe-20Cr-2.5Al-0.8Y2O3和Fe-20Cr-2.5Al-3Y2O3合金,并研究其在900℃,涂敷Na2SO4盐膜后的热腐蚀行为。结果表明,Fe-20Cr-2.5Al合金腐蚀增重最大,Fe-20Cr-2.5Al-3Y2O3合金腐蚀增重其次,Fe-20Cr-2.5Al-0.8Y2O3腐蚀增重最少,抗热腐蚀性能最好。Fe-20Cr-2.5Al合金的腐蚀膜主要为Fe2O3,在腐蚀膜与镀镍层界面处存在着少量的Al2O3。Fe-20Cr-2.5Al-0.8Y2O3合金的腐蚀膜主要为Cr2O3,在靠近基体一侧有少量的Al2O3。Fe-20Cr-2.5Al-3Y2O3合金的腐蚀膜分为2层,外层为Fe Cr2O4,内层为较致密的Cr2O3。三种合金均未发生内硫化现象。添加Y2O3的Fe-Cr-Al合金的抗热腐蚀性能明显好于对应未添加的合金,其中Fe-20Cr-2.5Al-0.8Y2O3合金好于Fe-20Cr-2.5Al-3Y2O3合金。     

Ti对Fe-Cr-Ni-Al合金抗氧化性能的影响

采用增质(质量增加)法研究Ti对显微组织为γ-Ni+γ′-Ni3Al的Fe-Cr-Ni-Al镍基合金和显微组织为α-Fe+β-NiAl的Fe-Cr-Ni-Al铁基合金在900℃下的高温氧化行为的影响。利用扫描电镜、能谱仪以及X射线衍射对氧化物的形貌、成分和相组成进行分析。结果表明:Fe-Cr-Ni-Al合金在900℃下氧化的质量增加遵循抛物线规律;当Fe-Cr-Ni-Al镍基合金中加入Ti后,合金表面形成一定的保护性较差的TiO2,随Ti含量增加,TiO2增多,发生严重的内氧化,导致合金抗氧化性能变差;而Fe-Cr-Ni-Al铁基合金中加入适量Ti时,合金表面形成保护性良好的Al2O3氧化膜,且Ti在晶界偏析,生成的TiO2将连续的外氧化膜和基体钉扎在一起,增加氧化膜的附着力,从而改善合金的抗氧化性能。但随Ti含量提高,Ti的偏聚程度增加,晶界上形成较多的TiO2,导致一定程度的内氧化,使铁基合金的抗氧化性能降低。     

NiCoCrAlYTa涂层与镍基高温合金基体互扩散行为研究

采用大气等离子喷涂技术(APS)在镍基高温合金GH536上制备Ni Co Cr Al YTa涂层。通过SEM、EDS等方法研究了Ni Co Cr Al YTa涂层与合金基材在1000℃下界面的元素或扩散行为及涂层组织演变规律。结果表明:随着氧化时间延长,涂层中的Co、Al及基材中的Fe、Mo发生了明显的互扩散,涂层中发生了β→γ’→γ的相转变。氧化500h后,元素Y、Ta扩散到了涂层氧化膜中,靠近界面处的涂层基体中出现了大量横向排列、尺寸在5μm左右的富Ta相,形成了一个扩散障,减缓了涂层与基材之间元素互扩散。