GH4169合金高温氧化特征

GH4169合金在850℃、950℃和1040℃条件下氧化符合抛物线动力学规律. 氧化物层为Ti0.95Nb0.95O4+Cr2O3+(Cr.Fe)2O3的复杂结构，高温下氧化元素扩散导致氧化层为岛状结构，在一定氧化时间,氧化层深度与温度是对数函数关系,氧化反应激活能为143.52kJ/mol. 温度高于1040℃氧化物剥落.     

钴基高温合金的循环氧化行为研究

研究了钴基高温合金K40S在950℃和1000℃的循环氧化行为。发现合金在950℃400h以内的抗循环氧化性能较好，合金在1000℃氧化50h以后因为表面氧化膜剥落开始出现失重现象。在1000℃循环氧化初期的产物主要为Cr2O3，其次为CoCr2O4和少量的CoO,400h以后，Cr2O3基本剥落，合金表面由于Cr的损耗又生成Cr2WO6、NiCr2O4以及挥发性的WO3氧化产物。添加Si和Mn元素使K40S合金抗循环氧化性能明显地比不含Si和Mn元素的DZ40M钴基高温合金优越。     

高温合金GH 2984在750℃水蒸汽中的氧化行为研究

采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等研究了GH 2984合金在750℃纯水蒸汽中的氧化行为。结果表明：GH 2984合金表面形成单一的Cr2O3膜,其中固溶有少量TiO2。在氧化膜下方的金属基体尤其是其晶界处Ti、Al发生内氧化,分别形成TiO2和 Al2O3。合金的氧化动力学近似遵循抛物线规律。文章探讨了瘤状/刀片状Cr2O3的形成原因及GH 2984合金在750℃纯水蒸汽中的氧化机制。     

TC4合金双辉等离子渗Cr高温氧化行为

研究了双层辉光等离子渗Cr对TC4合金650、750、850℃恒温氧化性能的影响。结果表明：渗Cr后,表面梯度合金层显著提高了TC4合金的高温氧化性能,Ti-Cr互扩散层可有效阻止氧向基体扩散。氧化过程中,Ti、Cr向外扩散形成TiO2/Cr2O3氧化膜,其形态与氧化温度有关。850℃氧化100 h后,渗Cr试样表面形成致密Cr2O3膜,恒温氧化性能优于NiCrAlY热障涂层。     

GH80A经强流脉冲电子束改性后的高温氧化行为研究

目的 提高燃气轮机叶片材料镍基高温合金GH80A的抗高温氧化性能。方法 利用强流脉冲电子束（High-Current Pulsed Electron Beam, HCPEB）技术对GH80A合金进行表面处理。研究HCPEB辐照前后GH80A的微观结构变化及在850 ℃恒温氧化后的氧化动力学行为及氧化机制。利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对HCPEB诱发的微观结构和氧化产物进行了表征。结果 HCPEB辐照后,GH80A合金表面发生熔化,形成厚约3 μm的重熔层,重熔层内形成大量的位错滑移,且晶粒明显得到细化。850 ℃高温氧化实验结果表明,氧化100 h后,原始样品氧化增重最大,生成的氧化膜较厚,且存在大量裂纹,所生成的Cr2O3发生了挥发,导致氧化膜疏松多孔,基体发生了严重的内氧化。HCPEB辐照20次后,样品氧化增重最小,100 h氧化后形成的氧化膜主要由外层TiO2和内层Cr2O3构成。外层连续致密的TiO2抑制了保护性氧化膜Cr2O3的挥发,因此生成的Cr2O3氧化膜连续、致密、无剥落,对基体起保护作用。结论 HCPEB辐照后,GH80A合金的抗高温氧化性能明显提升,20次辐照样品的抗高温氧化性能最佳。     

强流脉冲电子束作用下镍基高温合金GH3039表面铬合金化及其抗高温氧化性能研究

目的改善GH3039合金的抗高温氧化性能。方法在GH3039合金表面涂抹Cr粉末,然后借助于强流脉冲电子束装置(简称HCPEB)对该合金表面进行相应的处理,而后分别使用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对合金表面进行观察,对比处理前后的物相和微观结构变化,然后以850℃恒温环境为基础,对样品合金化前后的氧化动力学与氧化机制进行相应的测试与分析。结果该合金在HCPEB辐照处理后,其表层已经形成了相应的滑移带,表层晶粒显著细化,尤其是30次辐照样品中形成了尺寸约为100 nm的纳米晶结构。恒温氧化试验的测试结果显示,通过100 h的氧化处理,原始样品氧化增重数值最大,与此同时生成的氧化膜整体偏厚,达到6μm,有一定程度的裂纹与孔洞,基体发生了严重的内氧化。通过辐照处理30次后的合金化样品,氧化100 h后的增重数值最小,由此生成的氧化膜厚度仅仅约为3μm,同时氧化膜的主要构成为氧化铬,该氧化膜还呈现出连续生长属性,相应结构具有致密性且没有剥落,对基体有较为明显的保护功能。结论HCPEB辐照可以将Cr原子熔入GH3039合金表层,快速实现Cr表面合金化。合金表面Cr含量的提高以及在微结构促进元素扩散的共同作用下,该合金抗高温氧化性能得到显著优化。     

典型耐热镍基合金抗高温氧化行为研究

通过高温循环氧化实验,研究了3种镍基合金在1095和1150℃的高温抗氧化行为,并采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)研究了氧化膜表面形貌、氧化膜厚度及成分。结果表明:BSTMUF601合金的抗氧化性能优于Inconel601合金和Incoloy800H合金,Incoloy800H合金抗氧化性能最差。1095℃下合金的氧化动力学曲线呈抛物线规律,1150℃下Incoloy800H合金抗氧化性显著降低,试样氧化极为严重,温度低于1150℃时合金均体现出良好的抗高温氧化能力。BSTMUF601和Inconel601合金氧化后表面生成一层致密的氧化膜,经分析主要是Cr和Al的氧化物,且氧化膜外层以Cr的氧化物为主,氧化膜厚度接近50μm,Incoloy800H合金表面氧化层中以Fe的不同结构氧化产物为主。     

形状记忆合金Ti44Ni47Nb9的抗高温氧化性能

采用恒温氧化法，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等手段，研究了Ti44Ni47Nb9形状记忆合金(SMA)的抗高温氧化性能．结果表明，Ti44Ni47Nb9合金在450℃下轻微氧化；600—800℃高温下氧化增重曲线符合抛物线规律，氧化膜外层主要是金红石型TiO2，中间为富Nb层，内层为富Ni的Ni3Ti层．研究表明，Ti44Ni47Nb9合金中的Nb元素减少了TiO2中的氧空位，形成的富Nb阻挡层，能有效地抑制Ti元素的外扩散，同时也阻挡了氧的内扩散，降低了氧的固溶度，从而抑制了Ni3Ti层中Ni元素的进一步氧化，提高了合金的抗高温氧化性能．     

预氧化处理对钛合金抗高温氧化行为的影响

研究了预氧化处理对Ti06Al-4V合金在600℃空气中高温氧化行为的影响。利用XRD和SEM对氧化层表面形貌、相组成及氧化层断面组织结构进行分析。结果表明：预氧化处理的钛合金表面形成了较为致密的Al2O3和TiO2氧化膜，在氧化试验过程中，不仅改变合金的氧化机制，合金由高温氧化时氧向内部扩散为主转变为钛原子向外扩散为主，而且明显降低了合金的氧化速率，提高了氧化膜的粘附性和抗剥落能力。     

合金元素对Ni基高温合金1223K氧化行为的影响

研究了不同Cr、Ti、Ta含量定向凝固Ni基高温合金的1223 K恒温氧化行为。结果表明：Cr、Ti、Ta对合金的抗氧化性能在氧化的不同阶段作用各异。在氧化初期,由于Ti元素与O的亲和力很强,Ti含量高的No.3合金在氧化曲线上增重较为明显,而随着氧化的进行,Cr含量高的No.1合金增重较大,这是由于Cr的选择性氧化所致。在1223 K,No.1合金中Ti和Ta含量较低无法形成有效弥散分布于Cr2O3之中,难以形成连续的保护性氧化膜,从而不能有效地阻碍Cr3＋向合金内部持续扩散。而No.2和No.3合金中Ti和Ta含量适中,形成连续膜可延缓Cr3＋的持续向外扩散,对改善合金的抗氧化能力有积极作用。     

Si对625合金激光熔覆层高温氧化特性的影响

利用循环氧化法,研究了不同Si含量（0%,1%,3%,质量分数）的625合金熔覆层在700、800、900 ℃下氧化144 h后的高温氧化行为。用XRD分析了氧化物相。通过SEM/EDS研究了氧化物表面和截面的形貌、元素组成和氧化膜的厚度。结果表明,不同温度下试样的氧化动力学都保持抛物线规律,随着温度的升高,氧化增重逐渐增加。通过观察,在900 ℃时,0% Si含量的625合金熔覆层出现了氧化膜大面积剥落的情况,3% Si含量的合金熔覆层氧化膜保持完整。在700 ℃时,随着Si含量增加,氧化膜表面的氧化颗粒尺寸减小且更加致密,同时促进了Cr₂O₃氧化物的生成。在700 ℃下,0 % Si含量的试样出现了大片的内氧化区域;1% Si含量的试样基体部分出现了2处条状的含Ni,Cr,Mo的氧化物相区;而3% Si含量的试样氧化后由于生成了富Si的内氧化层,这阻止了内氧化的发生。外层Cr₂O₃氧化膜和内层SiO₂的联合作用既阻止了O阴离子的渗入也抑制了Fe等金属离子的扩散,提高了合金熔覆层的抗氧化性。     

硬质合金表面Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜的抗高温氧化性

采用多弧离子镀技术和Ti-Al-Zr合金靶及Cr单质靶,在WC-8%Co硬质合金基体上制备出(Ti,Al,Zr,Cr)N多元单层膜和TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N多元梯度膜。对两种薄膜进行了600,700,800和900℃短时(4 h)的氧化实验及600和700℃长时(100 h)的循环氧化实验,并利用SEM和XRD分析了试样表面的氧化膜。结果表明,在短时氧化条件下,(Ti,Al,Zr,Cr)N单层膜和TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜分别在700和800℃时具有良好的抗高温氧化性;而在长时氧化条件下,其抗高温循环氧化温度分别为600和700℃。     

Oxidation limited life times of chromia forming ferritic steels

Long term, cyclic oxidation studies of three high – Cr, ferritic steels were carried out at 800°C and 900°C in air. It was found that with decreasing sample thickness the life time of the mentioned alloys decreases due to breakaway phenomena. This effect is caused by faster exhaustion of the chromium reservoir from the bulk alloy in case of thinner components. The observed life time limits can be predicted with reasonable accuracy by a theoretical model, using oxide growth rate parameters, initial alloy Cr content and critical Cr content required for protective chromia scale formation. In the calculation it has, however, to be taken into account that the oxidation rates of the steels increase with decreasing specimen thickness.     

Grain boundary diffusion in Cr-doped NiO and the oxidation of Ni-Cr alloy

We have measured the diffusion of ⁶³Ni radiotracer into polycrystalline NiO, nominally doped with 0.1% Cr (Cr/Ni ratio) in the temperature range 600 to 900°C. The experiments show that Cr doping increases diffusion of Ni in the oxide lattice, but decreases diffusion of Ni along grain boundaries provided that the grain boundary Cr/Ni ratio is sufficiently large (greater than about 1%). This is believed to be due to the formation of immobile Cr-vacancy pairs which block fast boundary diffusion. The oxidation rate of Ni 0.1% Cr alloy is, however, slightly faster than that of pure Ni at 700°C, at which temperature grain boundary diffusion should be dominant. This apparent discrepancy between oxidation rates and diffusion studies, it is argued, is due to the complicating effects of low Cr mobility, a duplex film structure and inward oxygen transport during oxidation of the alloy.     

The Isothermal and Cyclic Oxidation Behavior of a Titanium Aluminide Alloy at Elevated Temperature

The isothermal and cyclic oxidation behavior of Ti-47Al-2Mn-2Nb with 0.8 vol.% TiB₂ particle-reinforced alloy was investigated in air between 700 and 1000 °C. In the study, the kinetics of isothermal and cyclic oxidation were performed by using a continuous thermogravimetric method which permits mass change measurement under oxidation conditions. The oxide scales and substrates were characterized by scanning electron microscopy with energy-dispersive x-ray analysis and x-ray diffraction. At 700 and 800 °C, the alloy showed an excellent oxidation resistance under isothermal and cyclic conditions. After exposure to air above 800 °C, the outer scale of the alloy was dominated by a fast-growing TiO₂ layer. Under the coarse-grained TiO₂ layer was the Al₂O₃-rich scale, which was fine-grained. At 900 and 1000 °C, the extent of oxidation increased clearly. The oxidation rate follows a parabolic law at 700 and 800 °C. However, the alloy, upon isothermal oxidation at 900 °C, can be divided into several stages. During the cyclic oxidation at 900 and 1000 °C, partial scale spallation takes place, leading to a stepwise mass change.     

ZG30Cr29Ni9Si2NRE耐热钢的高温抗氧化性研究

对ZG30Cr29Ni9Si2NRE耐热钢在900℃和1100℃下进行高温抗氧化性试验,并用X-射线衍射法对氧化膜的结构进行分析.结果表明:该耐热钢在900℃下完全抗氧化,在1 100℃下抗氧化.氧化后期试样表面形成了保护性氧化膜,提高了材料的高温抗氧化性.     

High-temperature oxidation of a single crystal Ni-base superalloy

The isothermal oxidation behaviour of a single crystal Ni-base superalloy (CMSX2) between 900 and 1300°C in air at atmospheric pressure or in pure static oxygen at 0.2 atm. pressure has been studied for test durations between 8 to 1000 hours. The extremely low oxidation rate did not permit accurate measurements of oxidation kinetics. However, oxide scale examinations by means of SEM, EDS, TEM, X-ray diffraction, RHEED, SIMS and metallography allowed to discuss the oxidation mechanisms of the studied alloy. At temperature higher than 1100°C, the very good oxidation resistance is due to the growth of a thin Al₂O₃ scale while at lower temperature it may be attributed to the growth of a subscale of a complex oxide (Cr, Ti, Al) (Ti, Ta)O₄ possessing a rutile structure. The effect of chemical homogeneity was studied in comparing the behaviour of as-cast and homogenized specimens.     

包埋法Co-Cr-Y改性高温合金GH586渗铝涂层高温氧化行为

通过粉末包埋法运用Co-Cr-Y对高温合金GH586渗铝涂层进行改性,并进行了高温氧化行为的研究。研究结果表明：经Co-Cr-Y改性后的渗铝涂层在1000 °C氧化100h后,其平均增重为0.36毫克/平方厘米,远远低于基体的增重量。经X射线衍射分析,涂层的主要物相为NiAl,在1000 °C氧化过程中生成了连续而致密的氧化膜,主要包含 Al2O3, Cr2O3和 CoCr2O4。通过扫描电镜观察涂层表面和截面的形貌,可以涂层比基体展现出了更为优秀的氧化性能。另外发现,氧化过程中的富Cr（W）在晶界上聚集,有利于为涂层生成连续而致密的氧化膜不断提供Cr元素,从而提高涂层高温氧化性能。     

北京科技大学 新金属材料国家重点实验室，北京100083

利用SEM、XRD和EDS研究Y对Ti45Al8Nb(at%)合金在900℃空气中的循环氧化行为的影响。实验结果表明,适量Y的加入显著提高了合金的抗循环氧化性。无Y合金300次循环后便出现了表层氧化膜脱落,而含Y的6个合金除Ti45Al8Nb0.1Y在氧化460h后出现大面积脱落外,其余合金在1000次循环内均未出现明显脱落。Y的加入显著增强了氧化膜与基体之间的粘附性。但是加入过量Y,合金氧化膜内颗粒较大的Y2O3偏聚在晶界处,为O提供了扩散通道,使合金出现了严重的内氧化。