稀土元素微合金化提高HP40合金高温抗氧化能力研究

通过扫描电子显微镜( SEM)、X光电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段分析了稀土元素的添加对H-P40合金抗高温氧化能力的影响.1100℃氧化120 h后增重最小的试样(HP40+Y)单位面积增重约为16.24 g/m2,远低于未添加稀土元素试样在相同条件下的氧化增重( 36.45 g/m2),表明稀土元素的添加有效提高了合金的抗氧化能力.对试样氧化膜内部组成结构的分析发现,添加稀土元素后氧化膜表面存在一层完整的尖晶石氧化物,而未添加稀土元素的试样氧化后表层尖晶石不连续.另外,稀土元素促进了硅的内氧化,这种内氧化产物钉扎基体,增大了氧化膜与基体的接触面积,改善了氧化膜与基体界面的结合强度.     

Nb2O5/TiO2微弧氧化复合膜层微观组织和高温性能的研究

为了研究Ti6Al4V钛合金微弧氧化膜层的抗高温氧化性能,在硅酸钠电解液中添加纳米铌(Nb)颗粒制备了Nb₂O₅/TiO₂复合膜层。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观结构和相组成。结果表明：随着纳米Nb浓度增加,膜层表面微孔直径增大、数量减小,膜层中Nb元素含量逐渐增加至5at%,膜层厚度由42.28μm增加至55.48μm;膜层由锐钛矿型TiO₂、金红石型TiO₂、Al₂TiO₅、Nb₂O₅及Nb-Ti化合物组成,金红石型TiO₂峰值和Nb₂O₅峰值逐渐上升;试样增重由基体10.25 mg/cm²降低至Nb浓度为6 g/L制备膜层的2.281 mg/cm²,平均氧化速率由2.8472×10^-5 mg·cm^-2     

Al含量对Fe-22Cr-25Ni含铝奥氏体耐热钢高温抗氧化性能的影响

以HR3C合金成分为基础,通过调控Cr、Ni含量和添加1.5%,2.5%和3.5% (质量分数) 的Al制备了Fe-22Cr-25Ni型含铝奥氏体耐热钢,并研究了合金的高温抗氧化性能。利用SEM、EDS和XRD对含铝奥氏体钢700、800和900 ℃氧化后的氧化膜组成、结构进行了表征。结果表明：22Cr-25Ni-2.5Al和22Cr-25Ni-3.5Al含铝奥氏体耐热钢在700和800 ℃下具有优异的抗高温氧化性能。氧化后表层形成了连续致密的Al₂O₃保护膜,提高了其高温抗氧化性能。3种耐热钢经900 ℃氧化时形成外层为Cr₂O₃和MnCr₂O₄的复合氧化层,且氧化层下存在Al₂O₃内氧化物和AlN析出相,不能对基体起到有效保护作用。     

晶粒尺寸对耐热钢在高温水蒸汽中的氧化行为的影响

从氧化动力学、氧化膜相组成及微观结构方面,研究了晶粒尺寸对18Cr-8Ni耐热钢在700 ℃下的高温水蒸汽中氧化行为的影响。结果表明：晶粒细化提高了耐热钢的抗水蒸汽氧化性能,降低了其氧化增重,推迟了失稳氧化的发生;晶粒细化改变了耐热钢氧化膜的微观结构,减小了“弹坑”区的尺寸且促进了“弹坑”区与合金界面上富Cr氧化物层的形成;晶粒细化对耐热钢抗水蒸汽氧化性能的改善主要归因于其对氧化物的形核和Cr向氧化膜/合金界面扩散的促进作用。     

真空等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层在1050℃的氧化行为研究

采用真空等离子喷涂(VPS)方法在DD6单晶合金基体表面制备NiCoCrAlYTa涂层,研究DD6基体和DD6/NiCoCrAlYTa涂层在1050℃的高温氧化行为,通过X射线衍射和扫描电镜研究涂层相结构和微观形貌变化。结果表明：NiCoCrAlYTa涂层氧化动力学曲线符合抛物线规律;氧化分为快速氧化和慢速氧化2个阶段,快速氧化阶段的氧化速率常数为0.006 52 mg²·cm^-4·h^-1,慢速氧化阶段的氧化速率常数为0.002 74 mg²·cm^-4·h^-1;在慢速氧化阶段形成较完整的氧化物防护层,有效降低涂层和基体的进一步氧化速率,其200 h氧化增重为0.9 mg/cm²,相较于DD6基体的氧化增重2.16 mg/cm²有显著降低。采用VPS方法在DD6基体制备的NiCoCrAlYTa涂层在1050℃以下具有优异的抗氧化效果。     

稀土元素Y和Ce对定向凝固镍基高温合金高温氧化行为的影响

用热重法研究稀土元素Y和Ce对定向凝固镍基高温合金DZ444高温氧化行为的影响,用X射线衍射仪和扫描电镜等观察和分析氧化膜组成和形貌。结果表明:合金在700、850和950℃下的恒温氧化动力学均符合抛物线规律,稀土元素的添加对其无影响;然而,添加稀土元素使其氧化激活能由257.6 kJ/mol降低至246.8kJ/molDZ444合金氧化膜分为3层:外层为疏松的Cr、TiO和(Cr2的混合物;中间层为Cr内氧化物层为Al。稀土元素未改变合金氧化膜的组成。稀土元素极易偏聚在合金表面,促进保护性Cr膜的形成,从而阻止合金的进一步氧化,并能有效抑制合金的内氧化。     

稀土Ce对00Cr19NbTi不锈钢抗高温氧化行为的影响

在00Cr19NbTi不锈钢基础上,通过稀土Ce微合金化的方法制备了三种船舶排气岐管用不锈钢,研究了稀土元素Ce对不锈钢在连续高温环境下的抗高温氧化行为的影响,并分析了其作用机理。结果表明,稀土Ce微合金化的不锈钢在980 ℃高温不同氧化时间下的氧化物主要由Mn_1.5Cr_1.5O₄、Cr_1.3Fe_0.7O₃、Cr₂O₃ 和SiO₂组成,氧化物层的相组成随着氧化时间变化稳定性较高;稀土Ce元素的添加可以增加表面氧化物层中Cr的含量,提高Cr₂O₃氧化膜层的致密性,从而改善排气岐管不锈钢的高温抗氧化性能。     

稀土Ce对310S奥氏体耐热不锈钢高温氧化行为的影响

采用热重分析法对不同稀土Ce含量的310S奥氏体耐热不锈钢高温氧化行为进行了系统研究,通过氧化增量曲线分析了相同温度下试验钢的氧化增量规律,并采用场发射电子探针(EPMA)表征氧化膜断面结构及元素分布,同时采用X射线衍射仪(XRD)分析氧化膜的物相组成。结果表明:在循环氧化初期,试验钢的高温氧化增量曲线遵循抛物线规律。试验钢的氧化膜由外层(Cr,Mn)₃O₄“尖晶石”型氧化物和内层Cr₂O₃氧化物组成。适量的稀土元素Ce能促进氧化物/基体界面处的应力释放,同时减少并延缓氧化膜与基体界面孔洞的形成,因而提高氧化膜的抗剥落性。     

铝对马氏体抗磨耐热钢高温抗氧化性能的影响

通过650℃和800℃下的氧化增重测量、氧化动力学分析、氧化膜XRD分析和氧化膜表面EDS分析,研究了铝对马氏体抗磨耐热钢高温抗氧化性能的影响规律。结果表明:随着含铝量的增加,抗磨耐热钢的氧化增重不断减小。含铝量为1.97%时,试样在650℃下的平均氧化速率为0.009 5 g·m-2·h-1,在800℃下的平均氧化速率为0.028 5 g·m-2·h-1,氧化产物由Al2O3、Cr2O3、Fe(Cr Al)2O3和Fe(Cr Al)2O4组成。铝含量大于1.47%时,Al2O3氧化膜连续且致密,试样在650℃和800℃下均为完全抗氧化钢。     

耐高温氧化Fe-Cr-Ni中熵合金氧化层的微结构与力学性能分布

目的 开发有优异抗高温氧化性的低成本Fe-Cr-Ni中熵合金,研究其高温氧化层微结构与力学性能分布。方法 通过连续氧化增重试验研究了Fe-Cr-Ni中熵合金在1 150～1 240℃空气中的氧化动力学,结合SEM、EDS、XRD、XPS等分析技术与微米划痕试验,对经1 150℃氧化4 h后的氧化层形貌、成分、相分布与微米力学性能分布进行了分析。结果 Fe-Cr-Ni中熵合金在空气中高温氧化增重遵循抛物线规律,氧化激活能为417.64 kJ/mol,抗氧化性优异;经1 150℃氧化4 h后,Fe-Cr-Ni中熵合金氧化层形成双层结构,外层主要由致密的Mn(Fe/Cr)₂O₄尖晶石氧化物、Fe₂O₃和少量MnO₂组成,内层由致密且连续的Cr₂O₃组成,在基体与氧化层界面弥散分布着SiO₂内氧化物颗粒。氧化层的力学分布特征体现了其分层结构,外层与内层的结合力约为10 N,氧化内层与基体的结合性好,结合力约为24 N。随...     

TiAl合金表面热障涂层的高温抗氧化性能研究

利用大气等离子喷涂技术(APS)在TiAl合金基体表面制备TiAl₃/Al₂O₃-13TiO₂纳米热障涂层。采用SEM、EDS和XRD技术分析纳米热障涂层在氧化前后的微观组织及相组成,并对其在950℃下的抗氧化性能进行测试。结果表明,TiAl合金表面制备TiAl₃/Al₂O₃-13TiO₂纳米热障涂层后高温抗氧化性能显著提高,氧化动力学曲线呈对数变化规律,950℃高温氧化时,氧化速率常数为3.7×10^-3 mg²·cm⁴/s。在高温氧化过程中,TiAl₃粘结层与TiAl合金基体之间发生元素扩散,TiAl合金基体与粘结层之间界面消失。在陶瓷层与粘结层之间形成均匀连续的热生长氧化物层(TGO),在TiAl₃粘结层完全降解为TiAl₂相和三元Ti-Al-O化合物后,TGO对陶瓷层和粘结层仍...     

高能高速等离子喷涂MCrAlY涂层的抗高温氧化性能

为提高Ni3Al基高温合金IC6的抗高温氧化性能,采用高能高速等离子喷涂设备在其表面制备了MCrAlY涂层,测试了1 000℃高温条件下经300h氧化后涂层的抗氧化性能。结果表明:300h试验后,涂层的单位面积氧化增重为5.584g/m2,氧化速率为0.019g/m2·h,达到了完全抗氧化级。分析认为:高能高速等离子喷涂工艺制备的MCrAlY涂层与基体结合紧密,孔隙、裂纹及氧化物夹杂含量少,有效的阻隔了氧气的扩散通道,使得氧化物的生长缓慢。同时在高温氧化过程中,涂层表面生成了大量的Al2O3膜,阻碍了金属原子与氧原子的扩散,降低了涂层的氧化速率。另外涂层中含有的Y及Y2O3增加了氧化膜的粘附性,对氧元素的扩散具有抑制作用。     

稀土钇对FeCrNi耐热钢循环氧化行为的影响

采用增重法在1100℃、1150℃和1200℃条件下对Fe-21Cr-11Ni试验钢进行循环氧化试验,结合X射线衍射、扫描电镜及能谱等方法研究了钇元素在耐热钢抗高温氧化中的作用机理。结果显示,添加微量稀土钇元素能显著提高耐热钢的抗高温氧化性能。在氧化过程中,钇元素能促进铬元素向氧化层的扩散,在含钇耐热钢表面,形成了致密的粘附性好的Cr2O3层和FeCr2O4尖晶石外氧化物层,起到了很好的保护作用,在内氧化层中,钇元素不仅加强了SiO2钉扎,而且直接参与和强化了钉扎作用。     

309SMOD奥氏体耐热不锈钢的高温氧化行为

采用增重法分析了309SMOD奥氏体不锈钢板材在不同温度下的氧化行为,获得了该钢高温氧化的抛物线动力学曲线,利用SEM、EDS及XRD对氧化物的形貌和物相进行了分析。结果表明,800 ℃氧化物形貌为板状和块状,900 ℃、1000 ℃的氧化物主要为尖晶石颗粒。309SMOD奥氏体不锈钢表面由于高温氧化生成具有3层结构的混合氧化物膜,最外层结构为MnCr₂O₄和FeCr₂O₄,次外层结构的氧化物为Cr₂O₃,最内层结构的氧化物为SiO₂,这种结构的氧化膜使得309SMOD奥氏体不锈钢具有良好的抗高温氧化性能。     

电泳-预氧化扩散处理法制备NiO/NiFe2O4涂层及其形成机制

先采用电沉积?电泳方法在Ni基体高温合金上制备电镀Ni/电泳Fe2O3复合涂层,再通过后续空气中进行的高温预氧化处理方法来获得NiO/NiFe2O4复合氧化物涂层。利用DSC、SEM、EDS和XRD等检测手段分析预氧化温度对涂层的结构、微观形貌、元素分布及相组成等影响,并对涂层形成的反应机理及预氧化动力学进行讨论。结果表明:经1 000、1 100和1 200℃下氧化4 h后,氧化膜中均生成NiO和NiFe2O4。氧化温度为1 000℃时涂层表面还存在没有参与反应的Fe2O3,但随氧化温度的升高,Fe2O3层随之消失。温度为1 100和1 200℃时氧化膜中的NiO、NiFe2O4相与镀Ni基体之间形成了冶金结合,并且通过扩散在NiO相内部形成了NiFe2O4析出相。Ni基体以及电镀Ni/电泳Fe2O3复合涂层在1 000℃预氧化时单位面积上的质量增加随时间增加,大体遵循抛物线规律,且电镀Ni/电泳Fe2O3复合涂层单位面积上的质量增加大于镀Ni基体的。涂层的厚度与氧化质量增加随预氧化扩散温度的提高而增加。     

氮气气氛下激光表面铝合金化对TC4抗高温氧化性能的影响

为提高钛合金TC4的室温力学性能和抗高温氧化性能,采用激光表面合金化技术在钛合金TC4表面进行铝合金化,氮气作为保护气体,并对合金化层的组织结构、硬度、摩擦磨损性能及抗高温氧化性能进行分析测试。结果表明,在钛合金TC4成功制备出由弥散分布的氮化物作为增强相的富铝合金化层,合金化层厚度约为1 mm,并与基体呈良好的冶金结合。室温下测得的合金化层的平均硬度约为740 HV,平均摩擦系数为0.28,而基体的硬度约为410 HV,平均摩擦系数为0.8。静态空气中800℃保温1000 h的氧化结果表明,合金化层的氧化产物主要为Al_2O_3和TiO_2以及少量的Al_3Ti_5O_2的混合氧化物,单位面积增重5.16×10~(-3)mg/mm~2,而基体氧化产物主要为TiO_2,单位面积增重为1.821×10~(-1)mg/mm~2。氮化物作为弥散增强相的富铝合金化试样的室温力学性能和抗高温氧化性能显著提高。     

Fe-30Mn-9Al奥氏体钢高温循环氧化特征

研究了Fe-30Mn-9Al奥氏体钢在700℃、800℃和950℃空气中循环氧化160 h表面形成的氧化膜形貌、成分和组织结构.Fe-30Mn-9Al奥氏体钢在700℃和800℃氧化时,初期增重较快,随着循环次数增加,氧化增重减小,氧化160 h分别增重1.00和4.08 mg/cm2.氧化层主要由Mn2O3,Al2O3和(Mn,Fe)2O3等相组成.在950 ℃,钢的氧化增重显著上升,160 h增重43.50 mg/cm2,表面形成了Fe2O3、MnO2以及MnAl2O4、Al2Fe2O6等复合氧化物.800℃下循环氧化后形成了多层氧化物膜 ,外层以Mn2O3型氧化物为主,内层以Al2O3为主;钢基体表面为 富Fe、贫Mn的铁素体层.      

Fe20Cr4.5Al微晶和含Y2O3弥散氧化物微晶涂层的高温氧化性能

采用自行研制的高频电脉冲沉积(HFESD)设备在Fe20Cr4.5Al合金表面分别制备了Fe20Cr4.5Al微晶涂层与Fe20Cr4.5Al-Y2O3弥散氧化物微晶涂层.在1000℃和1100℃静态空气中,对合金基体和施加涂层试样进行了200 h的恒温氧化实验.结果表明在两种实验温度条件下,含有Y2O3弥散氧化物颗粒的微晶涂层,完全消除了Al2O3氧化膜中的凸脊,细化了氧化膜的晶粒,抑制了氧化膜的剥落,大大地提高了氧化膜的致密性和粘附性.单一的微晶涂层则部分抑制了凸脊状氧化膜的形成,氧化膜由脊状氧化物和细晶氧化物混杂组成.涂层对氧化增重的影响则与氧化温度-氧化膜的生长速率有关,在1000℃下,涂层试样的氧化增重均有所降低,其中弥散氧化物微晶涂层试样的氧化增重最低;在1100℃下,施加微晶涂层和弥散氧化物涂层对氧化增重影响很小.微晶和Y2O3弥散氧化物颗粒在提高Al2O3氧化膜保护性方面具有"协同效应".     

一种铸造镍基高温合金的氧化行为

利用静态增重法研究了铸造镍基高温合金Ni48Cr28在950~1 150℃温度范围内的氧化动力学,其氧化动力学曲线符合抛物线规律。环境扫描电镜和能谱分析表明,Ni48Cr28合金的氧化膜最外层是比较致密的Mn与Cr氧化物混合层,中间层是性质致密的Cr2O3氧化层,内层是疏松的SiO2。通过研究添加稀土元素的Ni48Cr28在950~1 150℃高温抗氧化性能,结果表明适当的稀土元素能提高合金在950~1 150℃的抗氧化性能。     

铸造Ti60氧化形貌的研究

为了研究铸造Ti60的高温氧化形貌,采用熔铸法制备了Ti60合金铸锭,并利用金相显微镜、电子天平、SEM研究了铸态Ti60的金相组织,在不同加热温度保温5 h的氧化增重和表面形貌.结果表明,铸态Ti60的金相组织为针状(α+β)+少量富钕颗粒;在700℃-1 100℃,随着加热温度的升高,铸造Ti60氧化加重,形成氧化钛膜;700℃-900℃,试样增重只有0.110%-0.609%;1 100℃氧化增重严重,达到9.137%;钛的氧化增重为吸氧.铸态Ti60试样表面形貌,700℃氧化钛膜很薄较致密;900℃试样表面有较多的白色颗粒和少量腐蚀坑,表面不致密;1 000℃形成片状和块状TiO2;1 100℃氧化层为厚大块状的TiO2.氧化过程为高温时,氧化膜粗大变得疏松多孔,氧通过氧化膜扩散进基体.