用差热分析测定人造金刚石热稳定性的几点探讨

本文采用差热分析的方法，测定了几种不同样品的人造金刚石的起始氧化温度和外推始点温度，提出了用起始氧化温度表示金刚石热稳定性的不足和局限性，探讨了在差热曲线上确定人造金刚石热稳定性的方法。     

人造金刚石提纯新技术研究

本根据金刚石与石墨在空气中的起始氧化温度不同，提出了一种采用气相氧化法提纯人造金刚石的新工艺，可以有效避免传统酸煮工艺带来的严重环境污染。对温度、时间、燃耗及氧化助剂A对石墨氧化速率的影响机制进行了分析。     

多弧离子镀制备TiN涂层的高温抗氧化性能研究

在201不锈钢上进行多弧离子镀沉积TiN涂层,研究了TiN涂层在400～800℃间的高温氧化性能。对涂层氧化后的表面形貌、表面成分等进行了研究。用热重(TG)法和差示扫描量热(DSC)法分析粉末试样的加热氧化情况。结果表明:氧化温度较高时,增重量大且氧化严重,随着氧化温度的升高,表面氧元素含量上升,氮元素含量下降;经过600℃氧化,TiN膜层开始出现局部氧化皮。热分析结果表明:TiN粉末在450℃开始发生增重,氧化总增重量为26.63%。起始氧化温度为623.7℃,放热焓为-2112μVs/mg。     

钛合金热成形的玻璃纤维布润滑材料热防护特性

润滑剂在钛合金的热成形中起着至关重要的作用。针对现有润滑材料存在的涂层不均、防护温度区间狭窄以及使用不便等缺陷,研究了玻璃纤维布作为新型钛合金热成形的润滑保温材料的热防护特性。根据钛合金热成形的工艺特点,探讨了玻璃润滑剂的防护性能要求以及相关测试方法;对玻璃纤维布的软化起始温度、氧化防护特性、保温特性、比热以及高温粘度等关键指标进行了测试,并与常规玻璃悬浮液的防护性能进行了对比;分析了玻璃纤维布作为钛合金热锻用润滑保温防护剂的可行性。结果表明,除了起始融化温度偏高外,该玻璃纤维材料在氧化防护、保温传热特性以及高温粘度等方面均能够满足钛合金热成形的要求。     

成分配比对自蔓延高温合成Ni-Al金属间化合物的影响

以镍粉和铝粉为主要原料,采用自蔓延高温合成技术,制备Ni-Al金属间化合物。研究了成分配比对热爆反应的影响,绘制了热爆反应曲线,分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征。研究结果表明:成分配比和压坯密度对热爆反应均有不同程度的影响。增加Al含量、加大压坯密度都会缩短热爆起始时间、降低热爆起始温度;反应起始温度低于Ni-Al系的最低共晶温度(640℃)。本文初步确定了Ni-Al系的热爆反应是由固固扩散反应引发的。Ni-32Al的反应产物为均一的NiAl相。     

成分配比对自蔓延高温合成Ni-Al金属间化合物的影响

以镍粉和铝粉为主要原料，采用自蔓延高温合成技术，制备Ni-Al金属间化合物。研究了成分配比对热爆反应的影响，绘制了热爆反应曲线，分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征。研究结果表明：成分配比和压坯密度对热爆反应均有不同程度的影响。增加Al含量、加大压坯密度都会缩短热爆起始时间、降低热爆起始温度；反应起始温度低于Ni-Al系的最低共晶温度（640℃）。本文初步确定了Ni-Al系的热爆反应是由固固扩散反应引发的。Ni-32Al的反应产物为均一的NiAl相。     

爆轰合成纳米超微金刚石的热稳定性研究

用差热、热失重和Ｘ射线衍射分析对爆轰合成纳米超微金刚石的热稳定性进行了研究,分析了不同合成和提纯条件以及不同气氛对超微金刚石热稳定性的影响。研究结果表明,纳米超微金刚石在空气氛中的热稳定性较差,其起始氧化温度为５００～５３０℃;在惰性和还原性气氛中具有较好的热稳定性;包裹水条件下得到的金刚石及用Ｈ２ＳＯ４＋ＫＭｎＯ４提纯得到的超微金刚石的热稳定性较好。     

NiAl金属间化合物的热爆合成过程研究

以Al粉和Ni粉为主要原料，采用自蔓延高温合成技术，制备Ni—Al基金属间化合物。绘制了热爆反应曲线、描述了热爆反应的过程，分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征，研究了热爆反应的边界条件以及各种反应参数对热爆反应的影响。研究结果表明，升温速率和颗粒尺寸对热爆反应均有不同程度的影响。提高升温速率、减小颗粒尺寸均可缩短热爆反应的起始时间，降低热爆反应的起始温度。初步确定了反应起始温度低于Ni—Al系的最低共晶温度（640℃），Ni—A1系的热爆反应是由固一固扩散反应引发的，Ni-32Al的反应产物为单相、均一的NiAl相。     

车用高强钢酸洗数学模型的研究

目的研究酸液浓度、温度和氧化皮厚度对车用高强钢酸洗时间的影响,建立关于酸液浓度、温度和氧化皮厚度的综合酸洗模型。方法引入电位导数近零法判断酸洗结束时间,通过进一步酸洗实验研究酸液温度、浓度变化对不同厚度氧化皮酸洗时间的影响,对实验数据进行多元拟合,最后利用正交试验对三种影响因素进行相关性分析。结果当酸洗液电位导数值达到-0.0025 V/s时,氧化皮已去除干净;当酸液浓度提升到10%时,酸洗时间大大减少,而继续提高酸液浓度对缩短酸洗时间的帮助不大。酸液温度在达到80℃时,酸洗效率值达到最高,再提高温度,不仅浪费能源,而且会增加盐酸挥发,反而可能延长酸洗时间。建立了综合酸洗模型并将实际高强钢酸洗数据带入检验,发现酸洗时间误差在8%以内。氧化皮厚度对酸洗时间的影响超过酸液温度和浓度。结论带钢酸洗有适宜的酸液浓度和温度,不能一味地通过增加酸液浓度和温度来提高酸洗效率。通过正交实验发现,建立包含氧化皮厚度影响因素在内的综合酸洗控制模型,对预测酸洗结束时间有较好的准确性和有效性,在工程上具有重要意义。     

硅烷偶联剂对30μm铝镁合金粉表面改性的参数研究

目的提高铝镁合金粉防氧化性能,对其在含能材料中的应用进行探索。方法选用硅烷偶联剂KH845-4对30μm雾化球形铝镁合金粉进行表面改性,选择反应温度、反应时间、反应浓度作为正交实验因素,通过热分析测试数据对表面改性效果进行评价。以电子能谱、扫描电镜、粒度分析等手段对表面改性前后的铝镁合金粉氧元素含量、形貌和粒度进行分析。结果经硅烷偶联剂处理后,铝镁合金粉的熔融吸热起始温度和氧化放热起始温度都有所升高,但升高幅度有限。反应温度、反应时间、反应浓度对防氧化性能均有影响。反应浓度对正交实验评价指标的影响最大,反应温度的影响最小。硅烷膜层仅隔离了活性铝镁合金粉与空气之间的接触,不会改变铝镁合金粉的晶体结构。结论硅烷偶联剂能够明显提高铝镁合金粉的防氧化性。表面改性最优工艺参数组合为:反应温度40℃,反应时间1.5 h,反应浓度4%(质量分数)。     

高温合金Inconel625切削用刀具材料抗氧化性能研究

通过化学热力学从理论上推导高温合金Inconel625切削用刀具材料在高温下可能发生的氧化反应,选用硬质合金(YG8)、涂层硬质合金和陶瓷三种刀具材料,利用高温加热炉对不同刀具材料进行抗氧化实验,并对高温氧化产物进行扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析。结果表明: 在高温氧化试验中,YG8和涂层硬质合金的刀具材料中的WC和Co部分被氧化成WO₃、Co₃O₄,且随着温度的升高,氧化反应更加剧烈;而陶瓷刀具中只有TiC被氧化成了TiO₂,表现出较好的抗氧化性能;三种刀具材料的抗氧化性的顺序为：陶瓷刀具＞涂层硬质合金＞YG8。     

V元素对TiAlN涂层高温氧化行为的影响

为了考察V元素对Ti—Al-N涂层高温氧化行为的影响,用多弧离子镀法在W18Cr4V1Co5高速钢试样表面涂镀了Ti—Al-N和Ti—Al-V—N涂层。对两种涂层试样在不同温度和不同时间下进行氧化处理。用SEM观测两种涂层的组织结构,用XRD分析其相组成,用CTA分析其升温氧化和恒温氧化动力学行为。实验结果表明,V的加入使涂层晶粒细化,组织更加致密;两种涂层均在750℃以后才测量到氧化增重;Ti-Al-N涂层的氧化转折点为920℃,超过920℃,涂层迅速氧化,逐渐失效;Ti—Al-V—N涂层在超过1000℃增重仍非常缓慢,并具有抗氧化保护的作用。V元素的加入大大降低了氧化速率,从而有效地提高了涂层的抗氧化性能。     

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。     

Effect of Shot-peening on the Oxidation Behaviour of Boiler Steels

The presence of short diffusion paths is very important for rapid diffusion processes which are involved in forming protective oxide layers against high temperature corrosion, e.g. on boiler steels. Rapid diffusion paths can be produced by applying cold work such as shot-peening to the surface of the boiler steels prior to oxidation. The effect of shot-peening on oxidation behaviour was tested experimentally on 12 wt% Cr martensitic steel and 18 wt% Cr austenitic steel. Isothermal oxidation tests were performed at 700 and 750 °C. The surface treatment proved to be very effective in improving oxidation protection at 700 °C. Shot-peening the surface prior to the oxidation has an influential effect in changing the diffusion mechanisms of the elements involved in oxidation and changes the oxidation kinetics substantially at the applied conditions in this study.     

Designing experiments for maximum information from cyclic oxidation tests and their statistical analysis using half Normal plots

Cyclic oxidation testing at elevated temperatures requires careful experimental design and the adoption of standard procedures to ensure reliable data. This is a major aim of the ‘COTEST’ research programme. Further, as such tests are both time consuming and costly, in terms of human effort, to take measurements over a large number of cycles, it is important to gain maximum information from a minimum number of tests (trials). This search for standardisation of cyclic oxidation conditions leads to a series of tests to determine the relative effects of cyclic parameters on the oxidation process. Following a review of the available literature, databases and the experience of partners to the COTEST project, the most influential parameters, upper dwell temperature (oxidation temperature) and time (hot time), lower dwell time (cold time) and environment, were investigated in partners' laboratories. It was decided to test upper dwell temperature at 3 levels, at and equidistant from a reference temperature; to test upper dwell time at a reference, a higher and a lower time; to test lower dwell time at a reference and a higher time and wet and dry environments. Thus an experiment, consisting of nine trials, was designed according to statistical criteria. The results of the trial were analysed statistically, to test the main linear and quadratic effects of upper dwell temperature and hot time and the main effects of lower dwell time (cold time) and environment. The nine trials are a quarter fraction of the 36 possible combinations of parameter levels that could have been studied. The results have been analysed by half Normal plots as there are only 2 degrees of freedom for the experimental error variance, which is rather low for a standard analysis of variance. Half Normal plots give a visual indication of which factors are statistically significant. In this experiment each trial has 3 replications, and the data are analysed in terms of mean mass change, oxidation kinetics (up to the onset of spall), the onset of spalling, spallation rate and also the variation between the 3 replications. The method is illustrated by cyclic oxidation of alloy 800 undertaken as part of the COTEST project.     

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。     

Corrosion of titanium in supercritical water oxidation environments

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓａｍｏｕｎｔｏｆｏｒｇａｎｉｃｗａｓｔｅｓｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｍａｎｙｂｒａｎｃｈｅｓｏｆｉｎｄｕｓｔｒｙｅａｃｈｙｅａｒ.Ｍａｎｙｏｆｔｈｅｍｈａｖｅｈａｚａｒｄｏｕｓｅｆｆ     

预氧化温度对GH3128合金抗高温循环氧化性能的影响

采用热重法并结合SEM、EDAX等分析手段,研究了预氧化温度对GH3128合金抗高温(1100℃)循环氧化性能的影响。结果表明:在适当温度下进行预氧化处理可有效提高合金的抗高温循环氧化性能。GH3128合金经预氧化处理后抗高温循环氧化性能的优劣主要取决于两种因素的综合作用,其一是合金表面元素Cr的选择性氧化,形成致密均匀的保护性预氧化膜,提高合金抗高温循环氧化性能;其二是合金中元素Ti、Cr的晶界偏析加剧,加速晶界氧化并导致显微裂纹等缺陷产生,降低合金的抗高温循环氧化性能。900℃预氧化处理的GH3128合金试样具有最佳的抗高温循环氧化性能,该温度下预氧化膜形成较好且合金元素Ti、Cr的晶界偏析作用相对较弱。     

TiB2粉末的氧化行为研究

采用TG-DSC热分析仪,对TiB2粉末氧化进行了热重分析;采用等温氧化增重法,对TiB2粉末的氧化行为进行了研究,并对氧化产物进行了XRD分析和SEM分析.结果表明,TiB2粉末的氧化行为,在氧化温度低于1000℃时,其氧化增重与氧化时间之间符合抛物线规律,氧化机理为氧通过产物层的向内扩散为主要控制步骤;当氧化反应温度高于1000℃时,在氧化界面上的化学反应速度成为控制步骤.XRD和SEM分析表明,当氧化温度低于1200℃时,氧化产物相为TiO2(金红石)和B2O3(液相)当氧化温度高于1200℃时,由于B2O3液相转变为气相B2O3,氧化产物为TiO2(金红石).     

Study of the oxide scale integrity on Ni‐base alloy CMSX‐4 during isothermal and thermal‐cycling exposure

The excellent isothermal high‐temperature corrosion resistance of the single crystalline Ni‐base superalloy CMSX‐4, which is due to external alumina formation, is substantially reduced under thermal‐cycling conditions. Particularly, tapered edges exhibit a high cracking and spallation rate leading to premature onset of breakaway oxidation in combination with strong internal corrosion attack. To characterize these effects, specimens with different geometries were prepared, i.e., rectangular‐shaped and wedge‐shaped specimens. Measurements under isothermal and thermal‐cycling conditions at a temperature of 1100°C in air were carried out using a self‐designed thermobalance. By using wedge‐shaped specimens the conditions for spallation, Al depletion and eventually, breakaway oxidation in combination with internal corrosion (Al₂O₃, TiN and AlN) could be correlated with the change in thickness of the specimen and the duration of the high‐temperature dwell time. As compared to rectangular‐shaped specimens, wedge geometries revealed a much higher susceptibility to oxide spallation and consequently, a higher rate of aluminium depletion. An evaluation of the surface fraction affected by oxide spallation and an analysis of the spalled oxidation products were carried out in order to determine the role of dwell time duration as well as the effect of the number of thermal cycles.