表面纳米化对1Cr17不锈钢耐氧化性的影响

用热重仪(TGA)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及其能谱(EDX),研究了表面纳米化对1Cr17不锈钢在700℃水蒸气中耐氧化性的影响.氧化动力学表明,在氧化开始阶段,表面纳米化后氧化速度高于原始样品,与传统喷丸处理后的耐氧化性能相当,但在氧化2小时时就很快达到钝化,氧化速度明显低于原始样品和经传统喷丸的样品.无论是否纳米化处理和经过传统喷丸处理,高温氧化时都在表面都形成了(FeCr)2O3型氧化物.但表面纳米化后由于表层高密度的晶界为Cr原子的扩散提供了快速通道,使得(FeCr)2O3型氧化物中Cr的浓度迅速提高,形成了致密的Cr2O3层,使得耐氧化性能提高.     

喷丸处理对GH3535合金900℃恒温氧化行为的影响

采用不连续增重法,对喷丸状态与非喷丸状态GH3535合金900℃恒温氧化行为进行了对比研究。结果表明,900℃下,喷丸强度0.45Nmm样品与未喷丸样品相比,氧化增重降低了79.7%。未喷丸GH3535合金表面氧化产物为NiCr2O4，MoO2，NiMoO4，喷丸状态下氧化膜主要由NiO、NiFe2O4、Cr2O3和NiCr2O4组成。喷丸处理后GH3535合金表面产生塑性变形使晶粒细化,位错密度增加,在合金表层塑性变形区域的位错及晶界充当了Cr原子的快速扩散路径,增加了Cr原子扩散通量,促进Cr向表面扩散形成富Cr氧化物,使得Cr2O3层的更快形成,减少了瞬态氧化期。     

SUS430不锈钢纳米表层的高温氧化行为

通过高能喷丸方法在SUS430不锈钢表面制备纳米表层,利用X射线衍射(XRD)、热分析(TGA)、扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)进行测试,研究了纳米表层在不同气氛中的高温氧化行为,并分析了表面自身纳米化对SUS430不锈钢耐氧化性能的影响。结果表明:纳米表层在氧化初期氧化强烈,呈线性规律迅速增重,但达到钝化的时间短,氧化膜薄且致密,厚度仅为原始表面氧化膜的1/4,使钝化以后的氧化速率比原始表面低,总的氧化增重仅为原始表面的1/3,耐氧化性大大提高。其原因是表面自身纳米化处理增加了表层的晶界面积,提高了氧化物的形核几率,也为元素的扩散提供了更多通道,因而促进了Cr元素的选择性氧化。在最表层形成的是疏松的富Fe氧化物,该层氧化物对耐氧化性的提高贡献不大,在靠近基体的底层形成致密的富Cr氧化物,能很好地抵抗基体的进一步氧化;纳米表层比原始表面更容易形成连续的氧化膜,该氧化膜的内应力小,韧性好,与基体的结合力强。     

晶粒细化对Cu—20Ni—20Cr合金氧化行为的影响

为探讨晶粒尺寸变化对三元复相合金氧化行为的影响，采用机械合金化制备了纳米晶三元Cu-20Ni-20Cr合金，并对比研究了该合金与同成分的铸态合金在700℃～800℃，0．1MPa纯氧气中的氧化行为。结果表明，铸态合金表面没有形成连续的Cr2O，保护膜，而是形成了含有所有组元氧化物及它们复合氧化物的复杂氧化膜结构。纳米晶Cu—20Ni—20Cr合金在700℃时合金表面形成了连续的Cr2O3氧化膜，而800℃时虽没有形成Cr2O3外氧化膜，但氧化膜规则平坦，外层是CuO，中间层是Cu2O，NiO和Cr2O3组成的混合氧化物区，内层则形成了一薄但不连续的Cr2O3层。晶粒细化降低了合金表面形成Cr2O3氧化膜所需活泼组元Cr的临界浓度。     

Ni—20Cr—Y2O3弥散氧化物微晶涂层及其高温氧化性能

采用高频电脉冲沉积技术在Ni-20Cr合金表面上沉积MGH754ODS合金,获得了Ni-20Cr-Y2O3弥散氧化物微晶涂层。在1000℃空气中对Ni-20Cr合金及施加涂层的试样进行100h的氧化实验。结果表明,微晶化和添加弥散氧化物（Y2O3）促进了铬发生选择氧化形成Cr2O3氧化膜,提高了合金的抗高温氧化性能和氧化膜的粘附性,用AFM,SEM,EDS和XRD分别为Ni-20Cr合金与Ni-20Cr-Y2O3弥散氧化物微晶涂层的形貌、结构和成分进行了研究,讨论了弥散氧化物微晶涂层改善Ni-20Cr合金高温氧化性能的协同作用机理。     

喷丸处理提高奥氏体耐热钢抗氧化性能的研究及应用

在650 ℃的水蒸气中对喷丸处理和未经喷丸处理的TP304H钢和Super304H钢的氧化行为进行了研究.使用GIXRD,SEM和EDX对氧化膜进行了分析.结果表明,喷丸使TP304H和Super304钢的抗氧化性能显著提高.TP304H钢经喷丸处理后提高抗氧化性能的效果优于Super304H钢.喷丸在奥氏体钢表面产生的超细晶粒和滑移带促进了Cr向表面扩散并形成富Cr的氧化物.喷丸诱发的马氏体对Cr的扩散及氧化行为也起着重要作用.对经内壁喷丸处理和未处理的TP304H钢制成的锅炉再热器管,在实际工况下服役7474 h后,经过内壁喷丸处理的TP304H钢管,内壁氧化膜的厚度只有未喷丸管子氧化膜厚度的约3％.实验室短期试验及实际应用均表明,传统钢材TP304H制成的锅炉管,内壁进行喷丸处理是提高抗水蒸气氧化性能的有效途径.     

喷丸处理提高TP304H耐热钢锅炉管抗水蒸气氢化性能应用效果的观察

对TP304H(0Cr19Ni9)耐热不锈钢采用喷丸处理工艺进行表面处理，连同未处理管同时安装在1000t／h电站锅炉的屏式再热器上，实际运行7552h后取样分析管子内壁高温水蒸气氧化情况．观察结果表明，喷丸处理减小了内氧化倾向，合金元素Cr在表层区域富集，氧化膜层的物相构成由Fe的氧化物转变为以Cr氧化物为主的形态，氧化膜更为致密，有效提高了耐热钢的抗水蒸汽氧化性能．文中分析了喷丸对氧化机理的影响，并讨论了喷丸处理工艺对氧化过程中扩散机理的影响以及氧化膜物相组成的变化．     

喷丸处理对S30432钢650℃蒸汽氧化行为的影响

目的提高S30432钢的抗蒸汽氧化性能。方法对S30432钢管进行内表面喷丸处理。在蒸汽氧化实验平台上,对喷丸和未喷丸的S30432钢管进行蒸汽氧化实验,对比研究了其在650℃水蒸汽中的氧化行为。用分析天平测量了试样的增重变化,通过扫描电镜观察了氧化皮表层形貌和氧化层显微结构。结果未喷丸的S30432钢管氧化增重呈抛物线规律,而喷丸后的试样具有完全抗氧化性。未喷丸S30432钢试样表面生成富Fe氧化物,在200 h左右发生失稳氧化,氧化皮快速增厚,500 h时氧化皮厚度达到13μm。喷丸处理后,氧化皮富Cr且很薄,约0.5μm,具有良好的保护性。结论喷丸处理能够显著地提高S30432钢的抗蒸汽氧化性能,通过抑制失稳氧化的发生,使表面快速生成完整的富Cr氧化皮。     

热处理对S30432喷丸不锈钢抗高温水蒸汽氧化性能的影响

将S30432钢喷丸样品进行不同温度热处理,研究样品620℃下在90%H_2O+10%Ar气氛中的氧化行为。采用光学显微镜(OM)观察喷丸形变层组织形貌;通过测量不同时间氧化膜厚度,获得氧化动力学曲线;利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)等对氧化产物成分、形貌及结构进行分析。结果表明:热处理过程中S30432钢喷丸样品形变层组织形貌无明显变化;氧化过程中,样品喷丸形变层内晶粒发生再结晶长大;氧化2000 h后,样品喷丸形变层内晶粒尺寸及碎化晶层厚度基本相同。不同温度热处理的S30432钢喷丸样品在高温水蒸汽中均生成由Cr_2O_3、(Fe,Cr)_2O_3、FeCr_2O_4以及少量Fe_3O_4和Fe_2O_3组成的富Cr氧化物薄膜。730～800℃热处理对S30432喷丸不锈钢抗高温水蒸汽氧化性能无明显影响。     

超细晶铁素体-马氏体钢的高温氧化成膜特性及其对Pb-Bi腐蚀行为的影响

利用SEM、XRD、EPMA和XPS等研究了冷旋锻变形对9Cr2WVTa铁素体-马氏体钢在650℃空气中氧化膜形成过程的影响,在此基础上考察了预氧化制备氧化膜对9Cr2WVTa铁素体-马氏体钢在饱和氧液态Pb-Bi共晶(LBE)中腐蚀行为的影响.结果表明,冷旋锻变形量的增加可提高样品的抗氧化性能,63％变形处理使抗氧化性能略有提高,94％变形处理可显著提高抗氧化性能.相较于回火态样品,63％变形处理样品形成的氧化物仍主要为(Fe,Cr)2O3,只是氧化物颗粒尺寸略有下降;94％变形获得的超细晶样品中,不仅氧化物颗粒尺寸显著减小,而且促进了富Mn氧化物(MnCr2O4和Mn2O3)的形成.超细晶样品中大幅度提高的空位浓度和位错密度、以及增加的晶界数量,显著提高了元素的扩散速率,Mn的异常快速扩散促进了富Mn氧化物的形成,稳定性好的富Mn氧化物提高了氧化膜的致密性.650℃空气中预氧化处理20 h后,超细晶样品表面获得致密性良好的富Mn氧化膜,在550℃饱和氧LBE中腐蚀500 h后,预氧化制备氧化膜可有效阻止LBE对铁素体-马氏体钢的侵蚀,并抑制了Fe的外扩散.Mn在LBE中较高的溶解度会加快富Mn氧化膜的溶解,随着Mn的不断溶解和LBE的持续侵蚀,预制备氧化膜的致密性不断下降而最终破裂,腐蚀2000 h后,样品表面形成了连续的Pb-Bi腐蚀产物.     

Effects of aluminum on the oxidation of 25Cr-35Ni cast steels

The oxidation kinetics and morphological development during reaction of two cast austenitic steels at 1000°C in pure dry oxygen at 20 kPa are reported. Both steels contained approximately 25 wt.% Cr and 35 wt.% Ni and, in addition, one steel contained 3.3 wt. %. Both steels oxidized to form external scales consisting mainly of Cr₂O₃ with a thin outer layer of manganese rich spinel. Scale growth kinetics were parabolic, and somewhat faster rates were observed for the aluminum bearing steel. In both steels, deep internal oxidation occurred at the site of primary (interdendritic) carbides. The kinetics of this process were parabolic, and rate control was attributed to oxygen diffusion along the interface between internal oxide and matrix metal. In the aluminum-free steel, interdendritic carbides were converted to chromium rich oxide, but when aluminum was present, a sheath of aluminum rich oxide formed around the carbides. In this latter case, the rate of interdendritic penetration was somewhat slower. The aluminum bearing steel also formed large numbers of rod-shaped Al₂O₃ precipitates within the austenitic dendrites. Deepening of the Al₂O₃ precipitate zone also proceeded according to parabolic kinetics at a rate consistent with rate control by diffusion of oxygen along the oxide-alloy interfaces.     

Oxidation characteristics of Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo

Static oxidation kinetics of Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo (atomic percent) were investigated in air over the temperature range of 650–1000°C using thermogravimetric analysis. The oxidation kinetics were complex at all exposure temperatures and displayed up to two distinct stages of parabolic oxidation. Breakaway oxidation occurred after long exposure times at high temperatures. Oxidation products were determined using x-ray diffraction techniques, electron microprobe analysis, and energy dispersive x-ray analysis. Oxide scale morphology was examined using scanning electron microscopy of the surfaces and cross-sections of oxidation specimens. The oxides during the parabolic stages were compact and multilayered, consisting primarily of TiO₂ doped with Nb, a top layer of Al₂O₃ and a thin bottom layer of TiN. The transition between the first and second parabolic stage is linked to the formation of a TiAl layer at the oxide-metal interface. Porosity also formed in the TiO₂ layer during the second stage, causing degradation of the oxide and breakaway oxidation.     

等离子喷涂NiCrCoAlY涂层氧化控制研究

利用等离子喷涂技术制备了NiCrCoAlY粒子和涂层,研究了等离子喷涂过程中NiCrCoAlY粒子的氧化行为以及屏蔽气体对NiCrCoAlY涂层抗高温氧化性能的影响。结果表明,粒子在飞行过程中存在对流氧化和扩散氧化两种氧化机制,对NiCrCoAlY粒子来说,在距喷嘴55 mm以内的射流中心处以对流氧化为主,在距离喷嘴55 mm以外将以扩散氧化为主;除飞行中的氧化外,粒子在喷涂过程中还发生形成涂层后的氧化,NiCrCoAlY粒子以飞行中的氧化为主;添加屏蔽气体能减少喷涂过程中涂层的氧化,提高涂层的抗高温氧化性能     

纯钛TIG焊接接头的高温氧化行为

对纯钛氩弧焊焊接接头在550 ℃下氧化不同时间（2,4,6,8 h）以及在不同温度（650,750,850,950 ℃）下氧化4 h的氧化动力学、氧化形态和氧化产物进行了研究。结果表明,在550 ℃下,氧化时间对焊接接头氧化行为的影响有限,而氧化温度对纯钛焊接接头的氧化行为有显著影响,且温度越高,氧化越严重。在低温下,纯钛焊接接头的氧化动力学接近准线性定律,随着温度升高,氧化速率呈指数增长。此外,焊接接头表面产生的氧化产物是具有锐钛矿和金红石结构的TiO₂,温度对TiO₂的类型没有明显影响。纯钛焊接接头的氧化过程可描述为：氧气在表面被吸收;氧化物优先在缺陷区形核;氧化物横向生长、增厚。在较高温度下,氧化膜中出现裂纹或空隙,成为O原子传输通道,导致O和Ti原子的高扩散速率和氧化速率。     

The Effect of Crystallographic Orientation on the Oxidation Behavior of a Single-Crystal Nickel-Base Superalloy

The oxidation kinetics of DD100 nickel-base single-crystal alloy, with (221) and (100) surface orientations were tested in this study by thermogravimetry. A pronounced anisotropy in both the cyclic and isothermal oxidation resistance of DD100 alloy was observed. The (221) crystallographic surface of DD100 had a slower oxidation rate than the (100) surface when isothermally exposed to stationary air at 950°C, whereas the opposite results were obtained at 1050°C. When cyclically oxidized at 1100°C, the weight loss of samples with (221) surfaces was significantly greater than that of (100) surfaces, so that the cyclic-oxidation anisotropy was more remarkable at 1100°C than at 950°C. The different spatial alignment of the / interface is thought to be responsible for the anisotropic oxidation behavior of the nickel-base single crystal alloy.     

High temperature oxidation of metals under time-dependent gas pressure

A theoretical study on the high-temperature oxidation of thick oxide films grown under a time-dependent gas partial pressure is reported. The diffusion across the film is assumed to be the rate-limiting step of the overall reaction, and Wagner's hypotheses were used as the starting point for our reasoning. A general formulation for the oxidation under no time constant gas pressure, in terms of a time-dependent answer function is given. The effect of an external electric field on the reaction rate is also reported when a constant current density,J, is applied to the oxide scale. If the oxide is a good electronic conductor atJ=0 andt , we found that the reaction rate assumes formally the well-known Wagner's expression of the rate constant but with a gas partial pressure at oxide/gas interface which is a time function. If the oxide is a good ionic or electronic conductor, the effect due to an external electric field,J 0, on the reaction rate is the same as predicted by the Wagner's theory.     

Preferential oxidation of carbon during the initial stage of oxidation of an Fe-0.8%C alloy at 400°C

The preferential oxidation of carbon in an Fe-0.8%C alloy during the first 60 min of oxidation in air at 400°C was studied by a thermogravimetric method and by measuring the quantity of evolved carbon oxides. The morphology of the external oxide surface depended on the type of exposed phase—a rosettelike oxide grows over ferrite, whereas the oxide surface over cementite is relatively smooth. A possible mechanism for the preferential oxidation of carbon and its subsequent cessation is proposed.Formerly of Institute of Materials Engineering, Academy of Mining and Metallurgy, Cracow, Poland.     

V/Nb对Ti-45Al-9(V, Nb, Y)合金抗氧化性能的影响

βγ-TiAl合金具有良好的高温变形能力,为TiAl合金的发展开辟了新的途径。成功制备了不同x=V/Nb(x=1,1.5,2,3.5)的βγ-TiAlTi-45Al-9(V,Nb,Y)合金,研究了上述合金在800℃静止空气中的氧化行为。结果表明:当x=1时,Ti-45Al-9(V,Nb,Y)合金中形成条带状、连续致密的Al2O3氧化层,显著提高了合金的抗氧化能力。随着x=V/Nb的增加,Al2O3氧化层厚度变薄,合金的抗氧化能力下降。     

铸造镍基合金K444在900℃空气中的长期氧化行为

用热重法研究镍基高温合金K444在900℃下氧化1000 h的动力学。结果表明,K444合金氧化动力学遵从抛物线规律,以x射线衍射、扫描电镜和能谱分析及电子探针成分分析测定氧化膜的组成,结果表明氧化膜由多层组成,外层为TiO₂,内层以Cr₂O₃为主还包括内氧化层和贫Υ′层。观察到沿晶界偏聚的碳化物氧化,提出了氧化饥制。     

Ti-16.28Si合金的高温抗氧化行为及添加Cu的影响

选用Ti、Si、Cu粉末通过高能球磨-冷压-无压烧结制备了Ti-16.28Si和Ti-15.46Si-5Cu两种合金,并在800℃、900℃、1000℃空气中对其进行高温氧化试验。利用SEM、EDS及XRD对烧结和氧化试样的表面及横截面形貌、物相组成进行分析,以研究合金的氧化机制。结果表明：两种配方试样烧结之后主要含有Ti、Ti5Si3、Ti5Si4相,加Cu配方出现Cu3Si相;加Cu后致密度升高。高温氧化80 h后,氧化试样的主要物相为TiO2,还含有少量的SiO2、Ti3O5、TiO、TiN、CuO或Cu2O相。两种合金在800℃和900℃氧化温度下都达到抗氧化等级。Ti-16.28Si合金在900?C时氧化膜表层基本上全是金红石TiO2,抗氧化性能最好。800℃下,添加Cu显著改善Ti-16.28Si合金的抗氧化性能;在Cu含量为5 wt%时其平均氧化速度仅为Ti-16.28Si合金的57.8 %;但在900℃和1000℃下,添加Cu后,Cu3Si相可降低合金的抗氧化性能。