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。     

纳米YSZ热障涂层中TGOs层的生长行为

通过对热障涂层在高温静态氧化过程中TGOs层形貌的观察,研究了Al_2O_3层对TGOs层生长过程的作用机制。结果表明:致密的Al_2O_3层能有效降低TGOs层的生长速率;当Al_2O_3层消失后,TGOs层的生长速率由0.61μm·h~(-0.5)迅速增大至1.29μm·h~(-0.5)。氧化过程中,在Al_2O_3层与粘结层界面上生长的混合氧化物会逐渐向上"吞噬"原有的Al_2O_3层,并导致Al_2O_3层的减薄直至最终消失。Al_2O_3层的稳定性对TGOs的生长具有显著的影响。     

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。     

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。     

反应溅射氧化铝薄膜对CoCrAlY涂层抗高温氧化性能的影响

研究了反应溅射氧化铝薄膜对CO-30Cr-6Al-0.5Y涂层抗高温氧化性能的影响。结果表明,3.5μm厚的Al_2O_3薄膜可大大改善CoCrAlY涂层抗1000～1100℃的氧化性能。在1000℃下,C0-30Cr-6Al-0.5Y涂层表面可以形成保护性良好的Al_2O_3膜,在此情况下,反应溅射Al_2O_3膜可大幅度降低CoCrAlY涂层的氧化速率,在1100℃,CoCrAlY涂层己不能形成单一具有保护性的Al_2O_3膜,而预先沉积氧化铝薄膜的COCrAlY涂层表面的氧化物主要由α-Al_2O_     

金属合金化X（X=Sr、Zr、Sn、Ce）对RuAl抗氧化性能影响的计算研究

目的研究RuAl的金属合金化及其氧化物Al_2O_3和RuO_2两相组的氧化关系,揭示其抗氧化性能机理。方法采用密度泛函理论的第一性原理,建立RuAl掺杂金属原子X及其间隙添加O原子的RuAl-X-O晶胞模型与其氧化产物Al_2O_3和RuO_2的晶胞模型。结果计算的Al_2O_3和RuO_2氧化能结果显示,Al_2O_3的氧化能(-11.43 eV/O_2)比RuO_2的氧化能(-2.28 eV/O_2)小,RuO_2的氧化能值与0值较为接近,在高温下结构稳定性较差,比较容易发生分解,RuAl的抗氧化能力主要依靠氧化产物Al_2O_3来进行。金属X合金化后,RuAl的氧化产物Al_2O_3和RuO_2的氧化能都增加,氧化能差值(eV/O_2)从大到小依次为Zr(0.29)Ce(0.28)Sn(0.22)Sr(-0.49),其中,金属Zr合金化对提高RuAl抗氧化能力的效果最好。计算的氧间隙形成能和电荷密集数等结果显示,金属X原子对RuAl的合金化降低了RuAl中的O固溶度,从而导致RuAl中内氧化速度降低。结论金属X原子对RuAl的合金化,阻碍RuAl表面的O向其内部扩散,障碍"内氧化"的生成条件,在RuAl表层界面的横向方向上容易形成连续、致密的Al_2O_3氧化层,提高RuAl的抗氧化性能。     

Fe-Cr系耐热合金高温抗氧化性能的研究

制备了以Cr、Al、Si及适量的稀土元素为主要耐热合金元素的新型高碳、高铬Fe-Cr系耐热合金55Cr18Al3Si2VRE。结果表明,新合金55Cr18Al3Si2VRE的显微组织为铁素体组织;在模拟高温工况条件下,新合金形成的氧化膜主要以Al_2O_3、Cr_2O_3、SiO_2、Fe_2O_3以及含有Al、Fe元素所形成的氧化物组成;该工况条件下的扫面电镜(SEM)照片显示,氧化膜均匀致密。氧化质量增重试验结果也表明新合金具有较好的高温抗氧化性能。     

TiAlSiN涂层对γ-TiAl基合金抗高温氧化性能的影响

采用多弧离子镀的方法在两种γ-TiAl基合金(Ti-46Al-2.5V-1Cr-0.3Ni和Ti-48Al-2Cr-2Nb,原子分数)表面制备了TiAlSiN涂层,研究了样品在800℃下空气中的循环氧化行为。在800℃循环氧化300 h后,γ-TiAl基合金表面都形成了TiO_2和Al_2O_3混合氧化物膜,氧化膜分层;Ti-46Al-2.5V-1Cr-0.3Ni合金表面氧化膜较厚且剥落严重,而Ti-48Al-2Cr-2Nb合金氧化膜较薄,只发生了轻微剥落。表面施加Al、Si含量不同的TiAlSiN涂层显著降低了TiAl基合金的氧化速率,涂层表面氧化膜主要由TiO_2和α-Al_2O_3组成。Ti_(0.5)Al_(0.4)Si_(0.1)N和Ti_(0.5)Al_(0.45)Si_(0.05)N两种涂层样品表面氧化膜薄而致密,涂层未发生明显退化;Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N涂层样品表面氧化膜相对较厚。Al含量较高的Ti_(0.5)Al_(0.4)Si_(0.1)N和Ti_(0.5)Al_(0.45)Si_(0.05)N涂层抗氧化性能优于Al含量较低的Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N涂层的。TiAlSiN涂层与TiAl基合金之间只发生了轻微互扩散。     

NiAl-31Cr-3Mo共晶合金的高温氧化行为

本文采用恒温氧化实验方法,在900~1150℃下测试了NiAl-31Cr-3Mo共晶合金的氧化性能,分析了合金的氧化动力学;SEM观测了合金表面以及横截面的形貌。研究表明,共晶合金表面在900~1100℃下形成了连续的Al_2O_3氧化膜,表现出一定的抗氧化性能;共晶合金表面在1150℃下未形成完整的Al_2O_3氧化膜,发生严重的内氧化现象,抗氧化性能严重降低。在1000~1050℃的氧化实验中,表面Al_2O_3氧化膜先产生针状θ-Al_2O_3,随着氧化时间的延长,针状θ-Al_2O_3转变成等轴状的α-Al_2O_3;1100℃下表面直接生成α-Al_2O_3氧化膜,抗氧化特性较好。     

CORRELATION BETWEEN OXIDATION BEHAVIOUR AND BORON CONTENT IN Ni_3Al

本文研究了含硼量为0-2.22at.-％的Ni_3Al在750-1150℃和3-100h条件下的氧化行为。结果表明,不同硼含量的Ni_3Al合金在不同温度下的氧化动力学曲线基本都符合抛物线规律。硼含量在0.52-1.37at。-％时抗氧化性能最好。研究了氧化膜的形态与结构。0-1.37at.-％B的Ni_3Al合金,表面形成以Al_2O_3为主的氧化膜,并含有少量NiO和NiAl_2O_4,含有2.22at.-％B的Ni_3Al合金,表面生成复杂的硼氧化物,破坏Al_2O_3膜的完整性,抗氧化性最差。但无硼合金中,NiAl_2O_4的含量最高,并在试样冷却过程中几乎全部剥离。     

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。     

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。     

溶胶凝胶法制备GH3039合金表面YSZ-Al_2O_3复合涂层的高温抗氧化性能

采用溶胶凝胶法,在GH3039合金表面制备了连续、致密的YSZ-Al_2O_3(YSZ为8wt%Y_2O_3部分稳定的ZrO_2)复合涂层。以GH3039基体和Al_2O_3涂层作为对比,通过1000℃、100 h的等温氧化实验和循环氧化实验研究了YSZ-Al_2O_3复合涂层对GH3039合金基体高温氧化行为的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)分析涂层氧化产物的表面形貌、组织结构及相组成。结果表明,YSZ-Al_2O_3复合涂层具有良好的高温抗氧化性能和抗剥落性能,1000℃等温氧化仅增重0.5 mg·cm~(-2),1000℃循环氧化没有出现明显的剥落;YSZ-Al_2O_3复合涂层氧化产物表面仅出现少量Cr_2O_3;过渡涂层YSZ有效缓解了Al_2O_3涂层和GH3039基体因热膨胀系数不匹配产生的剥落。进一步通过抑制NiCr_2O_4的形成,提高了YSZ-Al_2O_3复合涂层的抗剥落性能。     

CeO2颗粒对铌合金表面镀渗复合涂层抗氧化性能的影响

为了提高铌合金的高温抗氧化性,采用化学镀结合包埋渗技术在铌合金表面制备了含有CeO_2颗粒的复合涂层,研究了复合涂层的微观结构和高温抗氧化性能。结果表明,不含CeO_2的Al/Ni涂层以NiAl相为主,Al/Ni-CeO_2涂层则含NiAl、NiAl_3、Al3Nb和CeO_2等相。经1000℃氧化测试,Al/Ni复合涂层氧化50 h后增重为8.0 mg/cm~2,表面主要生成Al_2O_3、AlNbO_4相;Al/Ni-CeO_2复合涂层50 h后氧化增重为4.0 mg/cm~2,表面以Al_2O_3、CeO_2、NiAl、NiAl_3、Al3Nb、AlNbO_4相为主。高温氧化后,2种涂层样品表面均生成连续致密的Al_2O_3膜,涂层与基体结合良好;含CeO_2的涂层,其稀土氧化物主要在Ni膜拖拽力作用下富集于涂层互扩散区。稀土氧化物颗粒的添加细化涂层组织,降低涂层中Al元素的消耗,填补涂层中的孔洞,增强了氧化膜与涂层的粘附力,有效提高了涂层的抗氧化性。     

W合金化对RuAl抗氧化性能影响的计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理,建立Al_2O_3和RuO_2晶胞模型,计算了Ru Al合金氧化物Al_2O_3和RuO_2的氧化能,结果显示:Al_2O_3的氧化能为–11.43 e V,RuO_2的氧化能为–2.28 e V,Al_2O_3比RuO_2的结构稳定性更好。通过态密度、Bander电荷密度等分析,发现W合金化提高RuAl抗氧化性能的根本原因是:由于W对O的吸附作用,使W周围的Al-O和Ru-O成键强度降低,Al_2O_3和RuO_2的氧化能减少,从而降低其结构稳定性。其中,Al_2O_3结构稳定性降低更加明显。同时,W合金化可降低RuAl合金体系基体内部的Al_2O_3结构稳定性,阻碍生成内氧化过程的生成条件,减少了垂直于表层界面的Al_2O_3的形成,促使表层界面的横向方向上Al_2O_3氧化层的成长,形成连续性致密的Al_2O_3氧化层,提高Ru Al抗氧化性。     

大气等离子喷涂NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C复合涂层的抗氧化性能

采用化工冶金包覆、喷雾造粒和固相合金化技术制备了NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C粉体,利用大气等离子喷涂技术制备了NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C复合涂层,对粉体和涂层的显微结构进行了分析,并对涂层的抗氧化性能进行了研究。结果表明,Al_2O_3和B_4C表面均包覆一层致密的NiCoCrAlY合金,包覆层厚度为3~5μm。涂层呈典型的层状结构,涂层由NiCo CrAlY、Al2O3和B4C相组成。在850℃时,涂层的恒温氧化动力学曲线分为氧化初期的大斜率直线、氧化中期的小斜率直线和氧化后期的抛物线3个阶段。850℃下氧化96 h后,涂层表面生成一层连续的氧化物保护层,其外层主要由Al_2O_3组成,而内层则由Cr_2O_3和Al_2O_3组成。     

热处理对Al2 O3f/Mg-6Al-0.5Nd-xGd复合材料组织及硬度的影响

采用无压浸渗技术制备Al_2O_(3f)/Mg-6Al-0.5Nd-xGd复合材料,利用光学显微镜、维氏硬度计与扫描电镜研究热处理工艺对Al_2O_(3f)/Mg-6Al-0.5Nd-xGd微观组织及硬度的影响。结果表明:T4热处理后α-Mg基体相晶粒变得细小;块状Mg_2Si相变得细小弥散;绝大部分的β-Mg_(17)Al_(12)相溶入α-Mg基体中;稀土化合物Al_2Nd、Al_2Gd相熔点较高,在T4态温度不能固溶。T6热处理后,β-Mg_(17)Al_(12)相再次析出,呈弥散颗粒状或层片状分布,使铸态时粗大的网状结构变细小,且稀土元素Gd具有推迟和抑制β-Mg_(17)Al_(12)相析出的作用。在Gd含量为1.0%时,经T6处理的复合材料硬度达到峰值210 HV5,比铸态提高了40%。     

新型含铝奥氏体耐热钢高温氧化行为

对新型含铝奥氏体耐热钢分别在700、800和900℃下进行了循环氧化试验,并采用增重法研究了高温氧化动力学曲线,结合扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)系统地表征氧化膜层的元素、结构和形态。结果表明:该新型耐热合金氧化动力学曲线遵循抛物线规律; 700℃氧化膜主要由C_r2O_3和Fe_2O_3的混合氧化物与少量Al_2O_3构成;800和900℃氧化膜由内层的Al_2O_3和亚表层的(Cr,Al)_2O_3与表层的尖晶石结构的Fe(Al,Cr)_2O_4构成。     

Al含量对TiAlN涂层的组织和抗氧化性能的影响

采用阴极电弧蒸发镀在WC-Co硬质合金基体表面沉积两种不同Al含量的(Ti_(1-x)Al_x)N涂层,比较了(Ti_(0.4)Al_(0.6))N涂层和(Ti_(0.55)Al_(0.45))N涂层的组织和抗氧化性能。结果表明:两种涂层的主要相都是呈NaCl型面心立方结构的TiN。(Ti_(0.4)Al_(0.6))N涂层晶格常数较小,固溶强化作用较大,具有较高的硬度。与(Ti_(0.55)Al_(0.45))N涂层相比,(Ti_(0.4)Al_(0.6))N涂层900℃氧化后增重较少。XRD和SEM分析结果表明氧化后TiAlN涂层会形成Al_2O_3和TiO_2氧化物,且Al_2O_3对涂层中TiO_2析出有抑制作用,氧化后Al含量较高的(Ti_(0.4)Al_(0.6))N涂层的Al_2O_3和TiO_2含量较低,表面的氧化物颗粒尺寸也较小。(Ti_(0.4)Al_(0.6))N涂层抗氧化性能优于(Ti_(0.55)Al_(0.45))N涂层。     

钛及钛合金高温氧化行为研究

对工业纯钛TA2、TC4及Ti60合金分别在600、700、800℃进行氧化,得到氧化增重曲线。利用SEM、XRD等手段对氧化表面形貌、氧化产物构成及分布进行研究并分析了3种钛材在不同温度下的氧化机制。结果表明:随着温度升高,TA2、TC4以及Ti60三种钛材的抗氧化能力均有所下降,且抗氧化能力由强到弱依次为Ti60TA2TC4。工业纯钛TA2的氧化产物为TiO_2,TC4合金在600℃氧化产物为TiO_2,700、800℃为TiO_2/Al_2O_3,Ti60合金氧化产物为TiO_2/Al_2O_3。TA2和TC4钛合金在600℃时的氧化反应均受扩散过程控制,随温度升高(700、800℃),逐渐转变为界面反应控制。由于氧化产物组织结构疏松且Al_2O_3、TiO_2和基体由于热膨胀系数不同导致的应力,TC4合金氧化膜易剥落,抗氧化能力较差。Ti60合金在700、800℃的氧化反应也受扩散过程控制,Zr、Si及稀土元素的添加得到保护能力较强的致密氧化膜Al_2O_3,抗氧化能力较好。然而800℃时,富Sn、Nd相的析出诱导氧化膜剥离,抗氧化能力有所下降。