Fe-Cr-Ni-Ti高温合金氧化动力学研究

研究了一种Fe-Cr-Ni-Ti铸造高温合金在700～300℃范围内10分钟～500小时的氧化动力学。氧化增重符合抛物线规律;氧化凹坑深度的发展符合直线规律。氧化激活能Q_(P1)=38kcal/mol,Q_(P2)=42kcal/mol。短时氧化膜富Fe、Ti、Cr,主要由Fe_2O_2、TiO_2和Cr_2O_2组成;长时间氧化层主要由NiTi O_3和Fe Cr_2 O_4组成。氧化过程中,阳离子空位相互结合形成空穴,穴长大连接成空穴带,它是氧化层剥落的裂纹源。不均匀氧化剥落凹坑是η-Ni_3Ti或γ′-Ni_2(Al、Ti)选择性氧化所致。较高的含Ti量阻碍Cr_2O_3的形成,促进了尖晶石类型氧化物的形成,使合金抗氧化性能下降。     

镍基铸造高温合金Mar-M247的高温氧化行为

研究了某工业重型燃气轮机叶片材料Mar-M247合金在800℃和900℃的恒温氧化行为。结果表明,Mar-M247合金在两个试验温度下的氧化动力学符合抛物线规律,并且均为完全抗氧化级,Mar-M247合金的氧化激活能约为268.4 kJ·mol~(-1),氧化过程主要是由Cr_2O_3的形成来控制。借助场发射扫描电镜和能谱对氧化层组成进行分析,结果表明,合金在800℃下氧化100 h后,氧化膜最外层为Cr_2O_3,中间层为TiO_2以及少量Ta_2O_5与HfO_2,内层为钉楔状的氧化物Al_2O_3;而900℃下氧化100 h后,氧化膜最外层是NiO和CoO,中间层为相对致密的Cr_2O_3和少量小块状不连续的TiO_2、Ta_2O_5与HfO_2,内层为尺寸较大的钉楔状氧化物Al_2O_3。内氧化区和贫化层区域随着氧化温度的升高而扩大。     

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。     

Ti40合金的超高温氧化行为研究

对Ti40合金进行1000~1500℃的超高温氧化实验。应用SEM、OM、XRD和EDS分析氧化表面以及氧化表面到基体的组织和元素的变化。结果表明,Ti40合金在1000~1500℃氧化过程中,氧化表层分别经历了V2O5的熔化蒸发、TiO_2晶粒的长大,以及表面氧化层由于TiO_2的生长应力而导致的开裂剥落的过程。当氧化层脱落后,原有的氧化次表层推至氧化表面,形成致密的、具有较好保护作用的TiO_2和Cr_2O_3混和氧化层。同时,在氧化层和基体界面依然稳定存在V、Cr元素的富集层。TiO_2、Cr_2O_3混和氧化层和V、Cr元素的富集层使得氧化表层脱落后合金依然具有良好的抗O元素扩散能力。     

B对一种高Al+Ti镍基高温合金氧化行为的影响

采用真空感应炉制备不同B含量的U720Li合金铸锭并对其进行均匀化处理,研究了B对均匀化态U720Li合金1100℃恒温氧化行为的影响。结果表明,经高温均匀化处理后,不同B含量合金基体中的B均发生了严重损耗,表明在1100℃以上空气中热暴露时B会向氧化皮中迅速扩散;增加B含量降低了合金的氧化速率,减小了氧化膜附近基体中孔洞的体积分数及γ′分解区的厚度;高B和低B合金的氧化膜均分为3层:最外层主要由疏松的(Ni/Co)O、TiO_2和复杂尖晶石化合物构成,中间层主要为Cr_2O_3,最内层是不连续的Al_2O_3+TiO_2层。B提高均匀化态U720Li合金抗氧化性的主要原因是,增加B含量显著增加了Cr_2O_3层的厚度并改善其连续性,使其具有更强的保护性。     

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。     

AN INVESTIGATION OF THE OXIDATION AND HOT CORROSION OF A 3SNi-15Cr TYPE IRON-BASE ALLOY

测定了一种35Ni-15Cr型铁基高温合金750—1000℃的氧化动力学曲线,并计算出氧化激活能Q_(p1)=41kcal/g-mol,Q_(p2)=46kcal/g-mol.X射线结构分析表明,氧化膜主要由Cr_2O_3构成,并含有(Cr,Fe)_2O_3,TiO_2及NiCr_2O_4。电子探针分析表明,氧化膜富Cr,Fe,Ti。铬离子在Cr_2O_3中的扩散是这种合金抛物线氧化过程的主要控制机构。 渗铝防护后,氧化膜富Al,Cr,Ti.主要由a-Al_2O_3构成,并含有TiO_2和Fe(Cr,Al)_2O_4。这种致密而牢固的氧化膜使抗氧化和抗热腐蚀性能大为改善。     

一种35Ni-15Cr型铁基高温合金的氧化、腐蚀与防护

测定了一种35Ni-15Cr型铁基高温合金750—1000℃的氧化动力学曲线,并计算出氧化激活能Q_(p1)=41kcal/g-mol,Q_(p2)=46kcal/g-mol.X射线结构分析表明,氧化膜主要由Cr_2O_3构成,并含有(Cr,Fe)_2O_3,TiO_2及NiCr_2O_4。电子探针分析表明,氧化膜富Cr,Fe,Ti。铬离子在Cr_2O_3中的扩散是这种合金抛物线氧化过程的主要控制机构。渗铝防护后,氧化膜富Al,Cr,Ti.主要由a-Al_2O_3构成,并含有TiO_2和Fe(Cr,Al)_2O_4。这种致密而牢固的氧化膜使抗氧化和抗热腐蚀性能大为改善。     

Ce对Fe-Cr合金高温氧化行为的影响

Fe-15Cr 和 Fe-30Cr 合金在1000至1200℃空气中氧化时,表面富铁氧化伤的发展导致保护性Cr_2O_3层衰退,氧化速率增大。添加 Ce 可延迟衰退过程的发生,从而大幅度减低氧化速率。随氧化温度和合金成份变化,Cr_2O_3层衰退的开始时间和发展特征随之改变,Ce 对氧化行为的影响因而呈现出规律性的变化。研究发现,合金中 Cr 的内氧化使 Cr_2O_3层形成小舌包卷合金并使其氧化成富铁氧化物。这是Cr_2O_3层衰退的原因之一。含 Ce 合金中 Ce 的优先内氧化则降低自氧化层进入合金的氧浓度,抑制Cr 的内氧化。氧浓度降低还能促进 Si 的内氧化物在氧化层/合金界面集聚。     

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     

Cr20Ni80合金1200℃恒温氧化行为

通过静态氧化法研究了Cr20Ni80电热合金在空气中电加热到1 200℃的恒温氧化行为。使用无纸记录仪记录了Cr20Ni80合金两端电流电压的变化,扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析研究了氧化60、120h的氧化膜表面与截面形貌、表面氧化膜的相组成以及氧化层中元素分布情况。结果表明,Cr20Ni80合金在1 200℃下的氧化过程符合氧化过程的三阶段理论。氧化60h正处于氧化的第二阶段,氧化产物区分为三层,最外层主要包括NiO与NiCr_2O_4,中间层为Cr_2O_3,最内层为SiO_2内氧化层,其中最外层基本剥落。氧化120h为氧化的第三个阶段初期,此时,氧化膜剥落严重,Cr20Ni80合金丝即将断裂。     

Al-Si涂层改性TP347H FG在650℃饱和蒸汽下的氧化行为研究

利用料浆渗铝法在奥氏体钢TP347H FG上制备了Al-Si涂层,结合氧化增重法、扫描电镜观察及XRD分析,研究了TP347H FG以及Al-Si涂层的饱和蒸汽氧化行为,并以高Cr含量的HR3C合金为参比对象。结果表明,TP347H FG基体抗氧化能力不足,外层疏松层瘤状氧化物Fe_3O_4与表面氧化膜下方内氧化物FeCr_2O_4呈双层结构,650℃氧化600 h后外层氧化膜发生严重剥落;制备Al-Si涂层后,试样表面形成保护性Al_2O_3氧化膜,可显著提升TP347H FG钢抗蒸汽氧化能力,并与HR3C相当;HR3C合金中较高的Cr含量促使HR3C在较短时间内,表面即形成致密连续的Cr_2O_3膜,氧化动力学遵循抛物线规律。     

Si对Hastelloy N合金氧化行为的影响

利用不连续增重法,研究了不同Si含量的Hastelloy N合金850℃恒温氧化行为。结果表明,随Si含量的增加,氧化动力学曲线保持抛物线规律。氧化100 h后,氧化膜出现分层现象,最外层均为NiO、NiFe_2O_4等复合氧化物,中间层为Cr_2O_3、MoO_2等氧化物。由于在氧化层与基体界面处形成连续致密的SiO_2层,有效阻止Cr离子向外扩散进入氧化层,促进Hastelloy N合金中间层形成较为致密的Cr_2O_3氧化层,提高了合金的抗氧化性能。     

FeCrNiAl系高熵合金高温氧化行为及组织演变研究

研究了FeCrNiAl系高熵合金的高温氧化行为,建立了合金的氧化动力学模型,同时借助XRD、SEM和能谱分析,对合金氧化物相结构及形貌和成分进行表征,分析了合金的氧化机理。结果表明合金在800~1000℃都是完全抗氧化的,随着氧化温度的提高,合金氧化速率先增加后减小,1000℃的平均氧化速率小于800℃的平均氧化速率;各个温度下试样单位面积的氧化增重与氧化时间的关系满足抛物线规律,计算得到合金的氧化激活能为167.507 kJ/mol;800℃下枝晶内的氧化产物全部是棒状的金红石结构TiO_2,而枝晶间氧化产物则主要是片层状、紧密相连的Cr_2O_3和TiO_2;900和950℃下形成的氧化膜中主要氧化物均为TiO_2,900℃还含有Cr_2O_3和Fe2O3,950℃氧化膜中还含有α-Al_2O_3。在1000℃合金表面仅形成致密的α-Al_2O_3薄膜,使合金表现出更为优异的抗氧化性能。     

N对CoCrFeMnNi高熵合金抗氧化性能的影响

采用真空悬浮熔炼法制备CoCrFeMnNiN_x(x=0,0.05,0.1)高熵合金,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对700~1000℃高温氧化后合金氧化层形貌、成分和结构进行了分析,研究N元素对CoCrFeMnNi高熵合金抗氧化性能的影响。结果表明:在700℃和800℃下,合金的氧化层以Mn_2O_3为主;在900℃下,氧化层以Mn_3O_4为主;在1000℃下,合金的氧化层则主要是Cr_2O_3,这是由于合金在该温度下,表面含Mn氧化物易剥落,从而导致过渡层上含Cr的氧化物裸露于表面。700~1000℃氧化CoCrFeMnNiNx高熵合金均可评定为完全抗氧化级,且该合金体系的抗高温氧化性能随含N量的增加而提高。     

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.     

新型镍基高温合金GH4282的高温氧化行为

为研究新型镍基高温合金GH4282在800～1200℃空气中的高温氧化行为,采用静态增重法测定其氧化动力学曲线,并采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和附带能谱以及电子探针分析仪对表面氧化膜组成、结构和形貌及其截面特征进行观察和分析。结果表明:GH4282合金的氧化动力学符合抛物线规律,氧化初期时氧化质量增加较快,随着氧化时间的延长,氧化质量增加逐渐变得缓慢;合金在800℃和900℃为完全抗氧化级;在1000～1200℃为抗氧化级。GH4282合金的氧化膜分为三层:外层是Cr_2O_3和TiO_2的混合层,并含有少量(Ni,Co)Cr_2O_4复合尖晶石相;中间层是TiO_2和Al_2O_3的混合层;内层是Al_2O_3氧化层。     

高温合金GH 2984在750℃水蒸气中的氧化行为研究

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℃纯水蒸气中的氧化行为。探讨了瘤状/刀片状Cr_2O_3的形成原因及GH 2984合金在750℃纯水蒸气中的氧化机制。结果表明:GH 2984合金表面形成单一的Cr_2O_3膜,其中分布少量TiO_2。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TiO_2和Al_2O_3。合金的氧化动力学近似遵循抛物线规律。     

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。     

熔模铸造Co22合金的高温氧化性及氧化层生长

研究了熔模铸造钴基高温合金22Co-21Ni-29Cr-2.2Nb-Fe在1 050、1 150和1 250℃下的恒温氧化行为,并采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪分析了合金氧化层形貌及成分。结果表明,Co22合金在1 050~1 250℃下的氧化增重遵守二次抛物线规律,且随着温度的升高而增大;合金在氧化后形成了连续的氧化层,其中内层为Cr2O3氧化膜,外层由(Fe,Ni,Co,Cr)3O4尖晶石和少量的CrNbO4构成。合金氧化层的生长可分为3个阶段,第1阶段氧化层为Cr2O3氧化膜,第2阶段氧化层由内Cr2O3层与离散分布在外表面的Fe,Ni,Co和Nb的氧化物组成,且在氧化层的外表面出现了沿基体晶界分布的岛状氧化物区,第3阶段形成了外(Fe、Ni、Co、Cr)3O4尖晶石-内Cr2O3的双层氧化层结构并伴有少量的CrNbO4离散分布于外表面。