溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金在1000 ℃氧化行为的影响

通过对有/无Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层镍基合金在1000℃进行氧化动力学曲线测定,及组织结构观察,研究了Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金高温氧化行为的影响。结果表明:高温氧化期间,合金发生外氧化和内氧化,外氧化层由NiO、NiCrO_4、CoWO_4构成,中间氧化物由TiO_2、Al_2O_3、NiWO_4构成,中间层氧化物层抑制了基体中Al元素向外扩散,形成平直连续的Al_2O_3内氧化物层;合金氧化动力学曲线呈现起伏波动的特征。镍基合金经溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层,可有效改善合金的抗氧化性能;涂层的氧化动力学曲线仅在氧化初期有轻微增重而后趋于平稳,遵循抛物线规律,其形成的Al_2O_3氧化膜未发生明显剥落,仅在涂层内及近涂层/基体界面区域存在少量Al_2O_3内氧化物。     

喷丸对TP304H钢高温水蒸气氧化行为的作用

研究了表面喷丸形变处理对TP304H钢在610～770℃水蒸气中的氧化行为的影响,采用SEM、EDX和EPMA分析了不同喷丸强度对合金水蒸气氧化65 h的氧化膜形貌、结构和表面合金元素的影响.结果表明:表面喷丸形变可有效减缓氧化动力学速度,在0.5 MPa喷丸强度和730℃条件下提高抗氧化性能的效果最好,表面氧化膜颗粒得到细化,膜中Cr相对浓度明显提高,氧化膜物相构成由纯Fe和Fe、Cr混合氧化物转变为Cr2O3.分析认为:表面喷丸形变处理增加了合金表层区域的位错、空位等缺陷浓度,提高了氧化初期的形核密度,为Cr提供了大量短路扩散通道,降低了Cr选择氧化的临界浓度;基体表层Cr的短路扩散保证了Cr2O3膜稳定生长的扩散通量,从而抑制了Fe氧化物的形成.     

涂覆Na_2SO_4-25%NaCl盐膜的Super304H的热腐蚀行为

应用增重分析法研究涂有Na_2SO_4-25%NaCl盐膜的Super304H在650,750℃空气中的腐蚀动力学曲线,采用XRD,SEM(EDS)和EPMA对腐蚀产物、腐蚀截面形貌和元素分布进行分析。结果表明:涂覆Na_2SO_4-25%NaCl盐膜的合金在650,750℃的腐蚀动力学曲线均呈"抛物线"趋势;合金表面形成了含CuFe_2O_4的富Fe氧化物(外层)与富Cr_2O_3(内层)组成的双层氧化膜以及含有孔隙的贫Cr、富Ni的腐蚀影响区;提高腐蚀温度或延长腐蚀时间均可以导致氧化膜与基体分离甚至剥落,腐蚀影响区孔隙密度增大,裂纹向基体延伸。分析认为:腐蚀初期合金发生选择性氧化,形成多层氧化膜;复合盐的熔融破坏氧化膜的完整性,加速氧化、氯化以及硫化的交互作用,导致内硫化和内氧化。     

熔融 NaCl-(Na,K)_2SO_4引起的 Fe-Cr 合金的热腐蚀

本文采用电化学方法研究了 Fe-Cr 合金在800℃、熔融 NaCl-(Na,K)_2SO_4中的腐蚀行为,并对腐蚀产物进行了观察和分析。结果表明,提高合金 Cr 含量可以改善合金耐蚀性能。氧化-硫化是Fe5Cr、Fe10Cr 合金腐蚀破坏的主要方式;氧化膜的熔融反应是 Fe20Cr、Fe25Cr 合金加速腐蚀的主要原因。同时,氧化膜的机械破裂也加速了合金的腐蚀。     

水蒸气加速Fe-Cr合金高温氧化的作用

研究了Fe15Cr和Fe20Cr合金在900～1000℃含水蒸气的氧气中的氧化行为在氧化初期，由于形成富铬的保护性氧化膜，FeCr表现为较慢的钝性氧化行为但随之形成富铁氧化层，因而表现为快速的活性氧化行为这种转变对气氛中的水蒸气含量、温度以及铬含量都非常敏感水蒸气含量越高，出现活性氧化的时间越早；在湿氧中温度升高或减少铬含量也有利于活性氧化的出现用金相、X-射线衍射、SEM和EPMA观察分析了氧化产物提出了水蒸气加速Fe－Cr合金高温氧化的作用机制     

9Cr-1Mo钢在含水蒸汽气氛中的氧化行为

研究了9Cr-1Mo(ASME T91)钢在(Ar 10%H_2O)气氛中600℃、650℃和700℃下的高温氧化行为.在恒温氧化10 h过程中,在600℃氧化遵从抛物线规律;而在650℃和700℃氧化则遵从分阶段抛物线规律,且后一阶段的速度常数高于前一阶段的;随着温度的升高,氧化速度明显增大;氧化激活能为157.2 kJ/mol.T91钢氧化时表面形成了多层结构的氧化膜,从外到内依次为Fe_2O_3、Fe_3O_4和(Fe,Cr)_3O_4;钢基体也发生了内氧化,内氧化物为FeO和Cr_2O_3.只有在700℃氧化时没有外层Fe_2O_3形成和内氧化发生.9Cr-1Mo钢氧化后冷却至室温后,氧化膜发生开裂或局部剥落.最外层Fe_2O_3与次外层Fe_3O_4间出现很大的裂隙,Fe_2O_3层容易剥落.同时探讨了9Cr-1Mo钢在含水蒸汽气氛中的氧化机制.     

水蒸气温度对700℃先进超超临界锅炉候选合金GH2984氧化行为的影响

采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对比研究GH2984合金在750℃和850℃纯水蒸气中的氧化行为。结果表明:GH2984合金的氧化动力学遵循抛物线规律;温度升高,Cr挥发加速,外氧化和内氧化的速率急剧增加,氧化膜的组成结构发生明显的变化。750℃时,合金表面形成单层致密的(Cr,Mn)_2O_3膜;温度升至850℃,氧化膜中空洞的数量大幅增加,氧化膜转变为由薄的外层Fe_2TiO_5和厚的次外层(Cr,Mn)_2O_3及薄的内层(Nb,Mo)_2O_5组成的三层结构。Ti,Al优先于晶界处发生内氧化,分别形成TiO_2和Al_2O_3;两种内氧化产物的尺寸和数量均随温度升高而增加。     

12Cr2MoWVTiB钢高温再热器管氧化膜的特征

电厂的12Cr2MoWVTiB钢高温再热器管实际运行中易出现氧化失效,为了对其实施有效的监督,采用扫描电镜、电子探针和X射线衍射对高温高压水蒸气下运行5.0×10~4h形成的氧化膜形貌、结构、成分及物相进行了分析.结果表明:氧化膜蒸汽侧形貌呈丘状或蘑菇云状,氧化膜基体侧呈方解石状,氧化膜横断面呈石状;氧化膜结构明显分为3层,外层、中间层和内层氧化膜均由粗大的柱状晶构成,各柱状晶层间有大量孔洞,而内层氧化膜与基体结合处氧化膜晶粒为细小等轴晶;O元素含量从外层氧化膜到靠近基体处,存在正的浓度梯度分布,而Fe,Cr,Mo元素含量存在负的浓度梯度分布,Cr,Mo元素在紧靠基体的氧化膜侧产生富集,含量均高于钢基体中的含量;氧化膜物相为Fe_3O_4和FeCr_2O_4.     

EB—PVD制备微晶Ni-11．5Cr-4．5Co-0．5Al合金薄板800℃氧化行为研究

对EB—PVD制备微晶Ni-11．5Cr-4．5Co-0．5Al合金薄板在800℃空气中氧化行为进行研究，采用SEM对氧化试样的表面和截面形貌进行研究，小角XRD和EDAX对其相和成分分布进行分析。氧化物主要由NiO，Ni（Al，Cr）2O4和Cr2O3组成，在长时间氧化后在氧化物和基体界面出现Al2O3内氧化层；细晶Ni-11．5Cr-4．5Co-0．5Al合金氧化动力学符合立方规律而非抛物线规律；与粗晶材料相比，细晶材料氧化产物晶粒细小，其高密度的晶界成为短路扩散的途径。     

Ni-Cr-Co-Mo-W-Ta-Al合金在900℃和1000℃的高温氧化行为

采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDAX)等方法,研究了Ni-4.66Cr-5.87Co-7.54Mo-2.90W-4.97Ta-6.32Al合金在900℃和1000℃的高温氧化行为。结果表明,合金氧化动力学曲线遵循氧化初期氧化增重速率较快,氧化期间氧化动力学曲线呈波浪式变化,且呈现氧化温度越高波浪式越明显的特征;氧化300h后合金表面氧化物膜分为2层,外层氧化物为NiO、Ni_2Cr_2O_4、Ni_2CoO_4和CoTa_2O_6,分布在外层的CoTa_2O_6抑制基体中元素Al向外扩散,形成内层氧化物Al_2O_3。在氧化期间,合金内部生成了内氮化物AlN,且在合金内部AlN与Al_2O_3成规律性分布,与外氧化膜相邻的为元素Al的内氧化物Al_2O_3区域,远离外氧化膜的基体内部为元素Al的内氮化物AlN区域,随氧化温度升高,内氧化区和内氮化区的深度增加,内氧化物和内氮化物的尺寸增大。     

Y，La改性Ni-10Cr-5Al合金的循环氧化行为研究

通过添加0.1%(质量分数)的单一稀土La和复合稀土Y-La,研究了两种含稀土的Ni-10Cr-5Al(质量分数,%)合金在1 100℃和1 200℃下的高温循环氧化行为。采用热重法并结合X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪等,研究了合金的循环氧化动力学、氧化物的物相和组织成分等演变规律,分析了含稀土Ni-10Cr-5Al合金的氧化膜粘附性能在不同氧化温度下的差异及机制。结果表明,在1 100℃时,Ni-10Cr-5Al合金中添加0.1%(质量分数)的La或Y-La,不仅减少了氧化膜的厚度,而且因形成"钉扎"作用提高了氧化膜的粘附性,从而改善了合金的抗循环氧化性能。且复合添加Y-La的效果优于单一添加La的效果。但在1 200℃时,合金沿晶界的内氧化加快,反而恶化了合金的抗循环氧化性能。     

High-temperature oxidation of Fe-Cr alloys in air

The scales formed on the Fe-Cr (19, 29.5, and 46.8 at % Cr) and Fe₇₀Cr₁₅B₁₅ alloys in the initial stages of oxidation in air at 1470 K have been analyzed using depth profiling. The results demonstrate that the Cr/(Fe + Cr) ratio in the scales on the Fe-Cr alloys is close to 30 at %, independent of the bulk chromium concentration. The top scale layers on the Fe-Cr alloys consist predominantly of M₂O₃ (M = Cr, Fe) solid solutions and CrO₂, the intermediate layers are composed of (Fe, Cr)₃O₄ and FeO, and the internal oxidation and nitridation layers consist of chromium oxides and nitrides. The top scale layers on the oxidized Fe₇₀Cr₁₅B₁₅ alloy contain, in addition, boron oxides, and the internal nitridation product is BN instead of chromium nitrides.     

Initial oxidation of Fe–Cr alloys: in situ STM and ex situ SEM observation

Abstract

In order to understand the initial oxidation of Fe–Cr alloys a single crystal of Fe–15Cr (100) was oxidized at 440°C under controlled oxygen partial pressure in a UHV system and the surface morphology was observed using in situ STM (basic pressure 1×10^?10 mbar); in addition, polycrystalline Fe&15Cr was oxidized at 400°C in an IR-furnace in atmospheric air and the morphology was observed using ex situ SEM. The chemistry of the surface oxide layers was studied by XPS.

Preparation of the single crystal in the UHV system did not lead to segregation of Cr to the surface during heating. In situ STM investigation showed that oxidation of Fe–Cr commenced by nucleation of Cr oxide on the surface, due to selective oxidation of Cr. When the Cr at the surface and at the interface was completely consumed by nucleation of Cr oxide, Fe oxidized and covered the initial Cr oxide nuclei, resulting in an Fe oxide layer on the surface. Ex situ experiments showed that initial oxidation of the mechanically prepared polycrystalline alloy depended on the defect distribution in the surface. It started with formation of whisker-type Fe oxides along defects and proceeded with spherical-type nucleation and growth of Fe oxide. In both experiments, the final product on the surface was Fe₂O₃.     

Japanese experience with steam oxidation of advanced heat-resistant steel tubes in power boilers

Abstract

Japanese experience of steam oxidation behavior of advanced heat-resistant steel tubes in power boilers is discussed. Severe scale separation, cracking, and exfoliation were observed in T91 pendant reheater tubing in a Japanese utility boiler after around 40,000 hours of operation. Separation occurred at the interface between the inner and outer layers of scale. A high-pressure steam oxidation test rig in which the steam conditions could be controlled in a similar manner to that of an actual boiler was developed and T91 steel samples were tested up to 10,269 hours. The scale separation behavior of T91 was reproduced in the steam oxidation test. The growth rate of T91 was lower than that for conventional 9Cr-1Mo steel reported by EPRI. The scale separation was related to void formation at the interface between the inner and outer layers of scale, as well as the transformation of magnetite into hematite in the outer layer. Field exposure testing was carried out for T23 and T122 for 80,000 hours, and the properties of steam oxidation scale were obtained.     

Nb-Si基合金高温抗氧化研究进展

Nb-Si基合金具有适中的密度和超高的使用温度,是下一代发动机叶片及高温热端部件的有力竞争者之一,但Nb-Si基合金的高温抗氧化性能不足限制了其应用。主要综述了合金化和硅化物涂层在Nb-Si基合金中的研究进展。在此基础上着重综述了掺杂不同合金元素对Nb-Si基合金中硅化物、抗氧化相和氧化膜的影响,包括提升硅化物相高温氧化能力、促进Al2O3和Cr2Nb形成以阻碍氧原子扩散、通过稀土元素形成黏附性特别高的氧化物以防止氧化层脱落等方面。除此之外,综述了硅化物涂层(MoSi2和NbSi2)的研究进展,包括可通过降低硼硅酸盐的黏度和致密的SiO2薄膜提高Nb-Si基合金的抗氧化性能,并介绍了元素改性硅化物涂层提升SiO2流动性的效果。最后,对该方向的研究进展进行了总结,并对其发展前景和主要发展方向进行了展望。     

K4104镍基高温合金Al-Si涂层高温氧化过程中的元素扩散分析

采用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备Al-Si涂层。依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》标准,采用静态增重法对有涂层试样和无涂层试样进行了1000℃×200h抗高温氧化性能试验,并绘制了氧化动力学曲线。用带能谱扫描电镜对氧化膜的表面形貌和截面组织进行分析,研究有无涂层试样在高温氧化过程中的元素扩散。结果表明:Al-Si涂层和基体合金之间在高温氧化过程中的互扩散形成了厚度为120~140um的渗层。随着氧化时间的延长,外层铝含量逐渐降低,但仍能保持稳定的β-NiAl相。Si在扩散作用下形成内高外低的分布形式,形成的Cr3Si和富Si的M6C相有利于阻止涂层和基体元素之间的互扩散,降低化合物层的形成速度,体现了Al-Si涂层良好的抗高温氧化能力。     

硅含量与氧化温度对含Nb高强钢氧化行为的影响

为了更真实地反映工业生产实际工况中硅含量与氧化温度对Nb高强钢氧化行为的影响,设计了4种不同的氧化温度,采用与工业现场类似的加热制度对不同Si含量的含Nb高强钢进行氧化.采用扫描电子显微镜及能谱仪分析了氧化铁皮形貌及确定氧化铁皮各层结构.研究了硅含量及氧化温度对含Nb高强钢氧化行为的综合影响.结果表明:在相同氧气含量及氧化时间下,含Nb高强钢的氧化增重取决于氧化温度及硅含量的综合作用;当加热温度低于1 173℃(硅酸亚铁熔点)时,硅含量增加,氧化铁皮总量减少;当加热温度高于1 173℃时,硅含量增加,氧化铁皮总量增加;当硅含量较高时(1.21％,质量分数),试样的氧化增重曲线主要遵循线性规律.     

微弧氧化生成含钙磷氧化钛生物薄膜的结构

采用秃弧氧化在钛合金表层生成了含钙和磷的氧化钛薄膜,探讨了电解液组分及电压对薄膜形态、相组成及钙／磷原子比的影响。结果表明：薄膜由锐钛矿TiO2和金红石TiO2构成,呈内层致密、外层多孔的形态,且膜中钙／磷原子比由内至外逐渐增大;随电压增大,膜中非晶量增多、孔洞尺寸及钙／磷原子比增大,但有微裂纹呈现;增大电解液钙／磷酯比可提高膜中钙／磷原子比。     

电场作用下铅基阳极表面氧化膜残余内应力产生机理研究

采用SEM、XRD和Raman光谱法研究电场作用下含铬溶液中铅基阳极氧化膜的残余内应力行为、内应力形成, 讨论了氧化膜内应力产生过程与氧化膜表面形貌、物质结构转变的关系。结果表明, 在氧化膜形成初期, Cr₂O₇^2- 和HCrO₄^-离子首先吸附在铅基阳极表面, 电场作用下, 其与铅基体反应并分别形成PbCrO₄和PbO, 同时产生较大内应力。电流密度的增加, 显著提高氧化膜的内应力。随着氧化时间的延长, 阳极析氧行为的加剧, 促进PbO或β-PbO₂形成。同时, 晶粒长大与内应力的不匹配, 导致内应力局部释放, 表现出氧化膜残余内应力减小。铅基氧化膜中不同氧化物组织结构的晶格参数差异, 增加了氧化膜内应力梯度变化, 致使氧化膜破裂。     

Cr9Mo和Cr5Mo钢的等温氧化行为

对铸态和锻态的Ｃｒ９Ｍｏ和Ｃｒ５Ｍｏ钢分别在７００℃、８００℃和９００℃下进行了为时５００ｈ的氧化试验。结果表明，在７００℃、８００℃下Ｃｒ９Ｍｏ的抗氧化性能比Ｃｒ５Ｍｏ的优越得多，而在９００℃下则相差不多。两种钢的抗氧化性能的差别主要是其表面氧化物性质不同所致。铸态和锻态抗氧化性能的差别则是由于其合金元素分布的均匀度不同，致使氧化物结构有差异造成的。