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。     

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。     

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。     

无钴的镍基铸造合金与U500合金的热腐蚀

543合金是本文作者研制的无钴镍基铸造合金。543合金的高温机械性能与广泛使用的U500合金相当,可用作燃气轮机叶片。本文比较了无钴的543合金与U500合金的热腐蚀性能。使用盐淋浴装置和单陪燃烧装置研究在850℃混合盐中的热腐蚀。测量试样的失重,平均穿透深度和金属损失。使用光学显微镜,电子显微镜,扫描电镜,能谱和x射线衍射研究了热腐蚀过程中产生的氧化皮和硫化物。试验结果表明,543合金抗热腐蚀能力优于U500合金。盐淋浴200h,543和U500合金的失重分别为17.8和134.3mg/cm_2。543合金平均穿透深度只有U500合金的1/4。尤为明显的是,543合金的金属损失很少。试验发现两合金的表面硫化层中硫化物成分不同。543合金生成富Ti的硫化物,在氧化过程中更稳定,可以推迟硫化/氧化过程。     

68Ni18Cr6WMoAITi镍基铸造合金热腐蚀试验

68Ni18Cr6WMoAlTi是一种不含钴的镍基铸造合金。合金的高温综合力学性能与目前广泛使用的U—500合金相当,可用做燃气轮机叶片材料。本文着重比较了新合金与U—500合金的热腐蚀性能。合金的热腐蚀试验使用盐淋浴装置和单管燃烧装置,在高温850℃混合盐中研究合金的热腐蚀。测量合金试样的失重,平均穿透深度和金属损失。使用光学显微镜、电子显微镜、扫描电镜、能谱和x射线衍射研究了热腐蚀过程中产生的氧化皮和硫化物。试验结果表明:68Ni18Cr6WMoAlTi合金抗热腐蚀能力优于U—500合金。盐淋浴200小时合金的失重为17.8mg/cm~2,而U—500合金的失重为134.3mg/cm~2。合金的平均穿透深度只有U—500合金的1/4。尤为明显的是68Ni18Cr6WMoAlTi合金的金属损失很少。试验发现两种合金的表面硫化层中硫化物成份不同。68Ni18Cr6WMoAlTi合金生成富Ti的硫化物,在氧化过程中更稳定,可以推迟硫化/氧化过程。     

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。     

钇在铁铬铝电热合金中的作用

我们用金相、电子探针、透射电镜和离子探针等实验技术,对比研究了含钇和不合钇的Fe25Cr-5Al电热合金的晶界行为。研究结果表明:钇几乎都集中在Y(Fe,Al,Cr)_9相里,其中铝含量高于基体。而钇在合金内固溶甚微。铁铬铝合金中添加钇,增加了合金的位错密度,促进了铝选择氧化;Y(Fe,Al,Cr)_9相沿晶界氧化,形成钇铝复合氧化物,对氧化膜起“钉扎”作用,弥散分布的内氧化物质点引起的空位陷阱效应,改善了合金氧化膜的粘附性;氧化钇质点和氧化时沿晶界形成的钇铝复合氧化物,提高了合金丝的高温强度。因此,钇可以大幅度提高铁铬铝电热合金循环氧化寿命。     

Fe2O3对氧化物弥散强化Fe12CrWTiY合金的显微组织和高温拉伸性能的影响

采用气体雾化Fe-12Cr-2.5W-0.4Ti-0.25Y合金粉末,添加1%(质量分数)的Fe2O3作为携氧剂,制备氧化物弥散强化Fe-12Cr-2.5W-0.4Ti-0.25Y高温合金。测定该合金在室温以及550~850℃的高温抗拉强度,采用X射线衍射仪分析合金的物相组成,通过扫描电镜和透射电镜观察合金的组织和拉伸断口形貌。结果表明,添加Fe2O3后,合金晶粒细化,平均晶粒尺寸由8.6μm减小到7.3μm。基体中第二相除纳米尺寸的Ti2Y2O7外,还形成20~200nm和1~10μm两种尺度的Y3Fe5O12、Cr1.3Fe0.7O3和(Cr0.88Ti0.12)2O3等多种复合氧化物,以及宽度分别为200~300nm和5~30 nm的板条组织,室温、550℃和850℃下的抗拉强度分别为1 257、1 108、和128 MPa,比未添加Fe2O3的合金分别提高50.7%,39%和30.6%。添加Fe2O3增加了氧化物的数量,提高了弥散强化效果,但微米尺度氧化物第二相的膨胀系数与基体不同,在高温下与基体的界面产生分离,优先形成裂纹源,降低高温强化效果。