铈提高Fe-15Cr合金抗氧化能力的作用机理

利用真空热天平、扫描电镜和X-射线衍射仪研究了Fe-15Cr和Fe-15Cr-0.3 Ce合金在1000和1100℃的氧化行为。结果表明,在Fe-15Cr合金表面,Cr_2O_3膜形成后不久便广泛变形、频繁开裂,使富铁氧化物瘤子不断产生。与此相应,氧化动力学曲线反复发生曲折,对抛物线产生正偏离。铈使Cr_2O_3膜变形,开裂和形成瘤子的倾向减小,产生较光滑的动力学曲线,较小的氧化速率。 进一步的研究发现,铈促进Cr_2O_3膜的晶粒成为柱状晶,抑制在膜表面形成新氧化物,并绽膜中(1010)、(104)、(116)等晶面具有较强的择优取向。由此推断出铈具有阻止膜中铬离子扩散、减小膜的生长应力等作用。认为这是铈减轻膜发生变形和开裂的倾向,减小氧化速率的原因。     

低氧压预氧化对Fe-3Al-6Cr合金表面显微组织和耐蚀性影响

在950℃,10~(-23)、10~(-16)和0.2 atm. 3种氧压下对Fe-3Al-6Cr合金进行了预氧化试验,时间为10 min～1200 min。并在5%Na Cl气氛中做了耐蚀性测试。结果表明:Fe-3Al-6Cr合金在950℃、10~(-23)atm.氧压下氧化得到的是(Al,Cr)_2O_3外氧化膜,在0.2 atm.氧压下获得的是Fe_2O_3与(Al,Cr)_2O_3的混合氧化层,研究结果完全符合Factsage软件的计算结果。在10~(-16)atm.氧压下,氧化10 min的外氧化物为Fe O,合金内层存在内氧化物Fe(Al,Cr)_2O_4与Fe Al化合物。随氧化时间的延长,外层氧化物变为Fe O+Fe(Al,Cr)_2O_4,内氧化物为Fe(Al,Cr)_2O_4+Al_2O_3。Factsage计算出了稳定后的表面氧化物种类,但没有计算出内氧化Al_2O_3。在盐雾腐蚀测试中,Fe-3Al-6Cr合金在950℃、10~(-23)atm.氧压中氧化30～60 min制备的(Al,Cr)_2O_3氧化膜具有最好的耐蚀性。     

含铝奥氏体耐热钢的高温抗氧化性能

以Fe-18Cr-30Ni为基础,添加不同含量的Al设计了4组新型奥氏体耐热钢。利用氧化质量增加法研究了4组新型奥氏体耐热钢在700、800和900℃下空气中的氧化行为,绘制了氧化动力学质量增加曲线,并利用XRD、SEM和EDS对氧化膜的表面形貌及结构进行了表征。结果表明,1~3号钢在900℃时均形成了较为致密的Al2O3内层氧化膜,合金表面生成的复合氧化膜由内到外依次为Al_2O_3、(Al_(0.9)Cr_(0.1))_2O_3、尖晶石氧化物Fe(Cr,Al)_2O_4;1号钢氧化过程中还形成了富(Cr,Fe)的混合氧化物,降低了Al_2O_3氧化膜的连续性;4号钢900℃并没有形成致密的Al_2O_3内层氧化膜,生成的复合氧化膜由内到外依次为(Al_(0.9)Cr_(0.1))_2O_3、尖晶石氧化物Fe(Cr,Al)_2O_4。     

925镍铁基耐蚀合金均匀化及高温氧化行为

采用氧化增重实验、XRD、SEM以及EDS研究了925合金在均匀化温度1130~1190℃时的高温氧化行为。结果表明,925合金完全均匀化需要在1160℃保温20 h以上。均匀化中形成的氧化膜由内至外分为3层,分别为TiO_2层、Cr_2O_3层以及由TiO_2和尖晶石结构的Cr、Fe氧化物构成的外层。均匀化时间超过20 h,Cr_2O_3层开始减薄,并且尖晶石状Cr、Fe氧化物部分剥落;氧化时间增加至50 h时,Cr_2O_3氧化层减薄,尖晶石状Cr、Fe大量剥落。同时内部大量形成Al、Ti内氧化物。综合考虑氧化行为对合金的影响,在满足合金均匀化要求的前提下,建议925合金的均匀化工艺为1160℃保温20 h。     

活性元素Y和Ce对Fe—25Cr—40Ni合金高温氧化的影响

用离子背散射和慢正电子束研究了活性元素Y和Ce对Fe-25Cr—40Ni合金在高温初期氧化动力学、氧化膜表层成份和微观缺陷结构的影响,实验结果表明了微量活性元素(≥0.05%)在高温氧化初期显著减少了合金的氧化速率,有效地促进了Cr_2O_3的生长,抑制了Fe和Ni氧化物的形成,改善了氧化膜的微观结构,活性元素结合进入氧化膜并在外层膜中(约几十nm)富集,活性元素Ce抗氧化机理不同于Y,Ce使合金氧化膜的空位缺陷显著降低,主要控制了阳离子沿晶格空位向外扩散,而含Y合金由氧化初期主要控制阳离子沿晶格扩散转变为主要控制阳离子沿晶界向外扩散。     

Ta含量对镍基粉末高温合金高温氧化性能的影响

采用XRD、FEG-SEM和EDS等实验技术对不同Ta含量合金在800℃条件下进行抗氧化性能的研究。结果表明,含Ta合金的氧化增重和氧化时间的关系曲线符合抛物线规律,氧化层为Al_2O_3+NiCr_2O_4+Ta_2O_5+(Ti/Cr)TaO_4的复合氧化物结构,而随着Ta含量的增加,氧化层厚度减小,且氧化深度变浅,氧化层也变得更加平滑而致密。实验发现,在外层和内层氧化层之间存在富Ta的氧化物Ta_2O_5、(Ti/Cr)TaO_4,很容易与Cr_2O_3结合形成CrTaO_4,从而减少高温下Cr_2O_3氧化物的挥发损失,提高合金的抗氧化性能。富Ta氧化物Ta_2O_5、(Ti/Cr)TaO_4的出现能阻碍金属阳离子向外扩散的速率,Ta元素的加入改变了氧化层离子扩散速率从而提高了合金的抗氧化性能。     

表面涂覆CeO_2对Fe25Cr合金高温氧化行为影响

研究了表面涂覆CeO_2对Fe25Cr合金1100℃氧化行为影响。用热天平测定其氧化动力学,用声发射方法监测合金在氧化后冷却过程中氧化层的开裂剥落行为,并用SEM/EDS、EPMA等方法观察分析了氧化层的形貌、结构与成分。结果表明,表面涂覆CeO_2显著降低了Fe25Cr合金的氧化速率,并提高了氧化层在热应力作用下的抗剥落能力。研究发现了,表面涂覆CeO_2对富铁氧化物在外氧化层的形成起到抑制作用。此外还发现,经长时间氧化后,涂覆的CeO_2已进入Cr_2O_3层中。讨论了CeO_2的作用机制,认为CeO     

GH984G合金在700℃水蒸气中的氧化行为

从氧化动力学、氧化层相组成及微观结构角度,研究了700℃超超临界电站用Ni-Fe-Cr基合金GH984G在700℃水蒸气中的氧化行为。结果表明:氧化行为符合抛物线规律,氧化过程受扩散控制,稳态增重速率约为8×10~(-4)g/(m~2·h),为完全抗氧化级。氧化过程中首先在基体表面形成Cr_2O_3外氧化层,随后形成根状Al2O3内氧化层并在Cr_2O_3外氧化层表面形成少量粒状TiO_2,最终形成外层Cr_2O_3、内层Al2O3的双层结构,长达2000 h蒸汽氧化过程中无其它氧化物形成且氧化层具有优异的稳定性。氧化初期氧化层表面Cr_2O_3为针片状,随后针片状Cr_2O_3发生团聚转变为胞状Cr_2O_3,进一步延长氧化时间胞状Cr_2O_3发生连接,转变为连续、致密的Cr_2O_3外氧化层。连续、致密且稳定的Cr_2O_3外氧化层和根状Al_2O_3内氧化层的氧化层结构使GH984G合金在700℃蒸汽条件下具有较低氧化速率和优异抗氧化性。     

晶粒细化对Fe-Cr、Ni-Cr合金氧化行为的影响

采用机械合金化法制备块体纳米晶Fe-20Cr、Ni-20Cr合金,并研究其在1000℃空气中的氧化行为.结果表明：由于晶粒细化,加快了Cr向合金表面的扩散速度,增加了活泼组元Cr氧化物的形核位置,降低了Fe-Cr、Ni-Cr合金形成单一连续Cr2O3氧化膜所需的临界Cr浓度,故机械合金化Fe-20Cr、Ni-20Cr合金氧化后形成了单一的Cr2O3外氧化膜,且氧化速率明显小于普通晶粒大小的熔炼Fe-20Cr、Ni-20Cr合金.      

纳米晶块体Fe-60Ni-15Cr合金的高温氧化行为

通过热压采用机械合金化(MA)法合成的合金粉末制备纳米晶块体Fe-60Ni-15Cr(MA)合金,并与粉末冶金(PM)法制备的常规尺寸Fe-60Ni-15Cr(PM)合金对比,研究两种合金在700~900℃、0.1 MPa纯氧中的氧化行为以及晶粒细化对其氧化行为的影响。结果表明:Fe-60Ni-15Cr(PM)和Fe-60Ni-15Cr(MA)合金的氧化动力学曲线均偏离抛物线规律。在相同温度下,纳米尺寸Fe-60Ni-15Cr(MA)合金的氧化速率明显低于常规尺寸Fe-60Ni-15Cr(PM)合金的。Fe-60Ni-15Cr(PM)合金表面没有形成保护性的Cr2O3膜,而是形成了由Fe的氧化物组成的外氧化膜和由Fe、Ni和Cr氧化物组成的内层,并有合金和氧化物相组成的混合内氧化形成。相反Fe-60Ni-15Cr(MA)合金表面则只形成了保护性的Cr2O3外氧化物膜。因此,晶粒细化有利于降低合金表面形成连续Cr2O3外氧化膜所需Cr的临界含量,促使合金能在较低的Cr含量下形成连续有保护性的Cr2O3外氧化膜。     

EFFECTS OF ACTIVE ELEMENTS Y AND Ce ON HIGH TEMPERATURE OXIDATION OF Fe-25Cr-40Ni ALLOY

The effects of small amount(≥0.05%)of active elements Y and Ce in Fe-25Cr-40Ni al-loy have been investigated on the kinetics of early stage of high temperature oxidationas well as composition and microsructure of oxide film by ion backscattering and slowpositron beam.The results show that Y and Ce can reduce evidently the high tem-perature oxidation rate of FeCrNi alloy at early stage and can effectively enhance theCr_2O_3 formation and retard the oxide formation of Fe and Ni in the surface layer thusthe microstructure of the oxide film is improved.Y and Ce enter the oxide film andconcentrate within several tens nanometres from surface of the outer layer.The mech-anism of oxidation resistance for Ce is different from Y.Ce can decrease the densityof vacancy defects in oxide layer,so the cations are restrained from diffusion outwardthrough vacancies.While Y can control the outward diffusion of cations through va-cancies at the early statge of oxidation(shorter than 12 min),aften that restrained thecations from diffusion outward along grain boundaries up to 60 min oxidation.     

Statistics of oxidation resistance of Ni-(0-15)Co-(8-15)Cr-(0-5)Mo-(0-10)W-(3-8)Al-(0-5)Ti-(0-10)Ta-0.1C-0.01B superalloys at 1000℃ by compositional variations

The effects of alloying elements(Co,Cr,Mo,W,Al,Ti,and Ta) on the oxidation resistance of Ni-(0-15)Co-(8-15)Cr-(0-5)Mo-(0-10)W-(3-8)Al-(0-5)Ti-(0-10)Ta-0.1 C-0.01 B alloys were studied.The sample compositions were designed by the Box-Behnken method of design of experiments(DOE).The alloying elements show complicated effects on the mass gain due to oxidation,depending on the alloy composition.Al reduces the mass gain largely.The other elements except Al do not appear to exert a strong effect on the oxidation rate on average,but their influences are shown clearly in the alloys with a low Al content.Co,W,and Ta reduce the oxidation rate,while Cr,Mo,and Ti promote oxidation.Ta is the most effective element in reducing the oxidation rate of the alloy with a low Al concentration.It is confirmed that a continuous Al_2O_3 layer is essentially required for high oxidation resistance.The oxide scale of easily oxidized alloys has various oxides such as NiCr_2O_4,NiAl_2O_4,NiO,Cr_2O_3,CrTaO_4,and TiO_2.     

几种Ni-Cr-Al墓低偏析高温合金的抗氧化性能研究

在１０００～１１００℃之间,对三种Ｃｒ、Ａｌ含量及微量元素Ｓ、Ｚｒ含量不同的Ｎｉ－Ｃｒ－Ａｌ基合金进行了恒温和循环氧化实验。结果表明,高Ｃｒ（１６Ｗｔ％）,低Ａｌ（３．５Ｗｔ％）、Ｓ（０．００５ｗｔ％）含量,且不含Ｚｒ的合金其氧化膜层主要由连续致密的Ｃｒ２Ｏ３外氧化层和树根状Ａｌ２Ｏ３内氧化层构成,氧化膜的粘附性较好。高Ａｌ（５ｗｔ％）,低Ｃｒ（９ｗｔ％）、Ｓ（０３００５ｗｔ％）含量,且不含Ｚｒ的合金其氧化膜主要由Ａｌ２Ｏ３,ＴｉＯ２,Ｃｒ２Ｏ３构成,氧化膜的粘附性较差,但在该合金中加入０．１Ｗｔ％Ｓ和０．１Ｗｔ％Ｚｒ,氧化膜的粘附性变好,而恒温氧化速率增加。文中对实验结果进行了综合分析。     

Hot Corrosion Behaviors of Ni-14%Cr Alloys in Molten Sulfate

The corrosion behaviors and mechanism of Ni-14%Cr alloys in molten salt with Na2SO4 at 1000℃ was investigated by means of XRD analysis and SEM observation. Results show that the alloys were subjected to the accelerated corrosion in molten salt and the corrosion kinetic of the alloy obeys the parabolic law. On the other hand, the corrosion-resistance of the alloy could be improved significantly by increasing of chromium content. Corrosion products may be divided into three layers, i. e. NiCr2O4, CoCr2O4, CoN...     

CYCLIC OXIDATION BEHAVIOUR OF MICROCRYSTALLIZED CoCrAl COATING

An investigation was carried out of the resistance to cyclic oxidation of the as-castnormal-grained Co-30Cr-5Al alloy substrate at 1000℃ in air together with its sputteredcoating of microcrystallized CoCrAl alloy grains sized less than 0.5μm.Acoustie emissi oncounts showed that the initially formed Al_2O_3 scale on the bare alloy substrate cracked andspalled severely off after only one or two cycles on cooling and then the worse protective layerof Cr_2O_3 and CoCr_2O_4 spinel occurred on surface.While such substrate coated withsputtered microcrystallized CoCrAl alloy film was not damaged under oxidation even through100 cycles at 1000℃.In comparison with the normal-grained alloy,the microcrystallized al-loy,coating of similar constitution exhibite excellent resistance to oxide spalling on surface.     

THERMODYNAMICS OF Fe-Nb-Ce LIQUID SOLUTIONS CONTAINING TRACE O,S AND C

The solid oxide electrolyte galvanic cell represented by Mo/Cr,Cr_2O_3//ZrO_2(MgO)//[O],Ce_2O_2S/Mo+ZrO_2 ceramic-metal,Mo have been used to study the thermodynamic proper-ties of Fe-Nb-Ce solution containing trace carbon at 1600℃.The equilibrium constant forthe reaction Ce_2O_2S=2[Ce]+2[O]+[S] and the standard free energy of formation of Ce_2O_2Shave been determined in liquid iron at 1600℃ as K=4.395×10~(-15).ΔG_(Ce_2)O_2S=-514.786kJ·mol~(-1).The interaction coefficients between cerium and niobium are found to hee_(Nd)~(Ce)=-2.306,e_(Nd)~(Ce)=-3.481.The equilibrium products began to contain the compound NbC with the increase of Nhconcentration in the condition of trace carbon.The formation of NbC is discussed in thiswork.The standard free energy of formation of NbC in liquid iron at 1600℃ have been de-termined as ΔG_(NbC)=-87.111 kJ·mol~(-1).     

Co-Cr-Mo-C耐磨合金的氧化动力学

<正> 在石油催化裂化装置中,使用了钴基高温耐磨合金,它在700℃氧化环境下运行,因此研究其氧化特征是非常必要的。 钴基合金的使用温度可达1000℃,Co-25％Cr合金具有较好的抗氧化性能,但对含有大量碳化物(Cr_7C_3)的钴基合金的氧化特征还研究得很少。     

钇对IN-939抗热腐蚀性的影响

本文研究了钇对铸造镍基高温合金IN—939热腐蚀性能的影响,采用75％Na_2SO_4—25％NaCl为付蚀介质的坩埚法,在温度为850℃与900℃,时间从10小时到300小时的范围内进行实验。 从热付蚀减重及渗透深度测得的动力学曲线表明:钇能改善合金热付蚀性。对热付蚀产物进行了金相显微镜和扫描电镜观察以及电子探针与X射线衍射分析。观察到含钇合金付蚀层的表面形貌与不含钇合金有明显区别,IN—939合金表面上形成的付蚀层为氧化铬和硫化铬等的多层结构,其下为铬的贫化区;而IN—939Y表面付蚀层是由大量的氧化铬少量的TiO_2,α—Al_2O_3及微量Y_2O_3、YCrO_3与硫化物组成。腐蚀层下没有贫铬现象,而出现贫钛区与沿晶界的内氧化物以及钇与钛的硫氧化物的分散质点。