0Cr18Ni10Ti不锈钢热浸镀铝及高温扩散后的高温氧化行为

为提高0Cr18Ni10Ti不锈钢的抗高温氧化能力,采用熔剂法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备热浸镀铝层,并经950℃、2 h高温扩散。采用SEM、EDS对热浸镀铝高温扩散试样及不锈钢试样900℃氧化不同时间的表面、截面进行了形貌观察及成分分析。结果表明:镀铝高温扩散试样的氧化动力学曲线较平缓且氧化增重较小;0Cr18Ni10Ti不锈钢经900℃、100 h氧化后表面主要由Fe2O3组成,氧沿晶界向内扩散产生内氧化;镀铝高温扩散试样900℃氧化期间,表面主要由Al2O3氧化膜组成,有效地阻止了合金元素与氧的互扩散,Ni元素在Fe Al层与Al固溶层富集阻碍了Fe Al合金层Al向基体扩散,使镀铝高温扩散试样Fe Al合金层经900℃、100 h氧化后Al元素贫化量较少。镀铝高温扩散试样900℃、100 h下的抗氧化性能优于0Cr18Ni10Ti不锈钢。     

GH3535合金在700℃和900℃的氧化行为

用热重法研究了GH3535合金在700,900℃空气中的恒温和循环氧化行为。结果表明,GH3535合金的抗氧化性能取决于氧化温度和氧化方式。在恒温氧化条件下,GH3535合金具有较高的高温抗氧化性能;在循环氧化条件下其氧化性能恶化,在900℃氧化时出现加速氧化现象,氧化皮脱落严重。X射线衍射与能谱分析表明,GH3535合金在700℃和900℃恒温氧化500 h的氧化膜由Cr2O3,Mn O2,以及尖晶石Ni Mn2O4,Ni2Si O4和Fe Cr2O4组成,在700℃循环氧化产物中出现了Mo O2,Ni Fe2O4,Ni Cr2O4,而在900℃氧化产物中出现了Ni Mo O4。保护性氧化层的开裂和剥落及大量Mo元素持续参与氧化,是造成GH3535合金循环氧化性能恶化的主要原因。     

Ti_2AlNb基合金表面磁控溅射Al/Al_2O_3薄膜及扩散处理对其抗高温氧化性能的影响

为提高Ti2Al Nb合金的抗高温氧化性能,在Ti2AlNb合金表面磁控溅射Al/Al2O3薄膜,于真空退火炉内对其进行600℃,1 h扩散处理后,分别在650,750,850℃下氧化100 h。利用XRD,SEM,EDS技术对基体和扩散试样的相组成、微观形貌进行了分析;研究了Al/Al2O3薄膜扩散层的抗高温氧化性能及扩散处理对Al/Al2O3薄膜氧化动力学曲线的影响。结果表明:Al/Al2O3薄膜扩散层的氧化行为受氧离子渗入薄膜运动过程的控制,在高温条件下表层形成连续致密的Al2O3膜,使薄膜扩散层的氧化系数远低于基体,并且次表层的富铝相能有效阻止氧离子扩散通道的形成,减少基体与氧化性气体接触,从而显著提高Ti2Al Nb基合金的抗高温氧化性能。     

一种镍基合金在900和1000℃的高温氧化行为

采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDAX)等方法,研究了Cr5.0 Co8.0 Mo0.9W5.5 Ta7.4 Al6.0 Re4.2合金在900和1 000℃的氧化行为。结果表明,氧化动力学曲线遵循氧化初期氧化增重速率较快,氧化期间氧化动力学曲线呈波浪式变化,且呈现氧化温度越高波浪式越明显的特征。在900℃氧化300 h后合金表面氧化物膜分为3层,外层为Ni O、Ni2Cr2O4、Ni2Co O4和Cr Ta O4;中间层为平直的Al2O3层,内氧化层为Al2O3,氧化期间,分布在外层的Cr Ta O4抑制基体中Al向外扩散,并抑制氧化膜的生长,使氧化速度降低。1 000℃时合金表面的氧化物膜分为2层,外层为Ni O、Ni2Cr2O4、Ni2Co O4和Cr Ta O4;内氧化层为Al2O3。在900和1 000℃氧化期间,合金均发生元素Al的内氧化和内氮化,与外氧化膜相邻的区域为元素Al的内氧化区,远离外氧化膜的基体内部形成元素Al的内氮化区,随氧化温度升高,内氧化区和内氮化区的深度增加,内氧化物和内氮化物的尺寸增大。     

新型Cr19Ni28Ti合金空气中高温氧化的研究

利用增重法研究了新型Cr19Ni28Ti合金在700、800和900℃空气中的高温氧化行为,绘制了高温氧化动力学增重曲线,并利用XRD、SEM和EDS对氧化膜进行了表征。结果表明,700、800和900℃氧化增重分别为0.07、0.1和0.45mg/cm2,具有良好的抗氧化性;高温氧化动力学曲线符合抛物线规律。700℃氧化100h的氧化膜主要由Mn1.5Cr1.5O4、Fe(Ni)Cr2O4和Cr2O3组成;800℃氧化后增加了产物Fe2.95-Si0.05O4;900℃氧化Ti已经开始向金属表面扩散,并与氧发生反应,生成了TiO2。     

Fe—Mn—Cr合金晶间腐蚀电子理论研究

为了从电子层面揭示Fe—Mn—Cr合金晶间腐蚀的物理本质,采用递归法计算了合金的原子埋置能、格位能、亲和能等电子结构参数,探索合金晶间腐蚀机理。研究表明：Cr在晶内稳定性很低,Cr在晶界和表面稳定性较高,基体中的Cr首先扩散到晶界,并通过晶界扩散至合金的表面。Cr元素减小费米能级差,抑制合金的晶间腐蚀。O-Cr间的亲和能为负数,表明氧与Cr之间有相互作用,生成Cr的氧化物。当氧化膜达到一定厚度可起到保护合金的作用。碳与Cr的亲和能也为负数,且其数值比氧与Cr间的亲和能更负。合金中碳优先与Cr形成化合物,在晶界析出,造成晶界贫Cr,使合金晶间腐蚀加重。     

Nb/NbCr_2合金表面硅化物涂层的高温抗氧化性能

用扩散渗法在Nb/NbCr2合金表面制备硅化物涂层,研究了基体合金和涂层在1250℃的氧化行为。结果表明:在Nb/NbCr2合金表面渗Si所得硅化物涂层由(Nb,Cr)Si2和(Cr,Nb)Si2两相组成,过渡层为(Nb,Cr)5Si3,涂层的生长动力学服从抛物线规律。基体合金在1250℃氧化形成的氧化膜为Nb2O5和CrNbO4交替分布的疏松组织,与基体有剥离现象。渗Si涂层在1250℃氧化形成的氧化膜较为致密完整,与残留涂层结合良好,为SiO2和CrNbO4混合氧化膜,改善了合金的高温抗氧化性能。     

喷丸对TP304H钢高温水蒸气氧化行为的作用

研究了表面喷丸形变处理对TP304H钢在610～770℃水蒸气中的氧化行为的影响,采用SEM、EDX和EPMA分析了不同喷丸强度对合金水蒸气氧化65 h的氧化膜形貌、结构和表面合金元素的影响.结果表明:表面喷丸形变可有效减缓氧化动力学速度,在0.5 MPa喷丸强度和730℃条件下提高抗氧化性能的效果最好,表面氧化膜颗粒得到细化,膜中Cr相对浓度明显提高,氧化膜物相构成由纯Fe和Fe、Cr混合氧化物转变为Cr2O3.分析认为:表面喷丸形变处理增加了合金表层区域的位错、空位等缺陷浓度,提高了氧化初期的形核密度,为Cr提供了大量短路扩散通道,降低了Cr选择氧化的临界浓度;基体表层Cr的短路扩散保证了Cr2O3膜稳定生长的扩散通量,从而抑制了Fe氧化物的形成.     

热处理对不同基体表面镀铝相结构的影响

研究了热处理对不同钢铁基体表面镀铝相结构的影响。分别以Q235低碳钢,1Cr17铁素体不锈钢和201奥氏体不锈钢为基体,在摩尔比2∶1的酸性AlCl3-EMIC(1-甲基-3-乙基咪唑氯化物)室温熔盐中电沉积均匀致密的铝镀层,然后对试样在670℃下进行热处理,并用EDS,SEM和XRD等对热处理后的试样界面进行微观分析。结果表明,试样经热处理后,镀层与基体之间均发生互扩散形成合金层。Q235表面合金层呈舌状形貌向基体生长,而1Cr17和201表面的合金层平直。Q235上内外合金层为FeAl和Fe2Al5,并以Fe2Al5为主;而1Cr17的内外合金层为含Cr的Fe2Al5和FeAl3相;201不锈钢经短时间热处理可保留纯Al层,30min后主要由含Cr,Ni,Mn的Fe2Al5和FeAl3相组成,也形成少量的FeAl2和FeAl相。     

Cr2O3-Al2O3复合薄膜对304不锈钢抗高温氧化性能的影响

电沉积-热解法沉积氧化物薄膜是提高材料抗高温氧化性能的重要途径.采用电沉积-热解法在304不锈钢表面制备了Cr2O3-Al2O3单一薄膜和复合薄膜,研究了单一薄膜和不同沉积液浓度制备的复合薄膜在900℃下的高温循环氧化行为.氧化动力学曲线、SEN形貌及XRD分析结果表明:电沉积-热解沉积薄膜明显提高了304不锈钢的抗高温氧化性能.Cr(NO3)3与Al(NO3)3酒精溶液摩尔浓度比为2∶1制备的Cr2O3-Al2O3复合薄膜经高温氧化后表面生成了保护性的Cr13Fe07O3和NiCr2O4氧化层,其氧化增重和氧化膜剥落量分别是未沉积试样的27.3％和17.6％,抗高温氧化性能最佳.复合薄膜降低了合金表面的氧分压,有利于形成保护性的选择性氧化膜,Cr2O3和Al2O3均具有优异的抗氧化性能,而且Al2O3降低了高温下Cr2O3的挥发,因此显著提高了试样的抗高温氧化性能.     

炮钢表面多弧离子镀两种Ti_xAl_(1-x)N薄膜的高温氧化性能

用多弧离子镀技术在炮钢表面沉积两种TixAl1-xN薄膜,薄膜在空气中850℃恒温氧化10h,采用XRD、SEM和EDS对薄膜微观结构进行分析,检测其恒温抗氧化性能。结果表明,Ti0.5Al0.5N薄膜的抗高温氧化性能明显优于Ti0.7Al0.3N薄膜。Ti0.7Al0.3N薄膜由于基体Fe元素扩散至薄膜表面,使其表面形成Fe2O3和Fe3O4氧化物,导致薄膜过早失效;而Ti0.5Al0.5N薄膜的表面形成致密且粘附性好的Al2O3和TiO2混合氧化物,表现出优良的抗高温氧化性,同时基体元素和薄膜元素的适度扩散能提高薄膜与基体的结合力。     

合金元素对W-Ni-Fe合金性能的影响

介绍了W-Ni-Fe合金中Cr、Co、Mn和RE(La,Y,La-Y)元素对其性能的影响,并扼要分析了合金元素对其性能的影响机制。其中,Cr与W、Ni、Fe、O等元素在合金中形成富Cr固溶体,进而会形成偏聚,降低W合金的结合强度及力学性能;Co元素可增强基体相对W颗粒的润湿性及界面间的结合强度,合金的塑性变形、强度及延伸率都有所提高;Mn元素在相界面上生成的中间相可阻止W原子在粘结相扩散,抑制W晶粒的长大,提高合金的力学性能。添加La-Y与单独添加La或Y的作用相同,当添加等量的稀土元素时,添加物对合金性能影响程度的顺序是YLa-YLa。     

温度对不锈钢表面着金黄色膜的颜色与耐蚀性能的影响

目前有关不锈钢高温氧化着色工艺及其成色机理的研究还鲜有报道。采用高温氧化法对SUS304不锈钢进行了着金黄色,并通过测试其颜色性能、耐磨性能及耐蚀性能,研究了温度对不锈钢表面着金黄色膜颜色和耐蚀性的影响,通过扫描电镜(SEM)以及X射线光电子能谱仪(XPS)分析了其表面形貌及成分。结果表明:500℃氧化着色的不锈钢颜色和耐蚀性能最佳;着色后不锈钢表面生长出了一层均匀的氧化膜,氧化膜中Fe主要以Fe_2O_3、γ-Fe OOH以及Fe(OH)_3形式存在,Cr主要以Cr2O3、Cr O3、Cr O2形式存在,氧化膜中未发现Ni元素。     

新型奥氏体耐热钢钝化膜的XPS谱研究

为了比较新型耐热钢CHDG-A钝化处理前后的耐腐蚀性能,以及研究钝化膜的组成,采用6％FeCl3溶液浸泡法研究了3种不同表面粗糙度的CHDG-A合金试样的抗点蚀能力,并用X射线光电子能谱(XPS)研究了经硝酸钝化后合金表面钝化膜的主要成分.结果表明:表面粗糙度越大,合金的抗点蚀性能越差,而经过硝酸钝化后耐蚀性能大幅提高;钝化膜表面的主要成分是CrO3、Cr2O3、Fe2O3等氧化物,钝化膜内部主要为Cr2O3 Fe3O4、Cr单质、Fe单质、Ni单质等,Cr、Ni单质的存在有利于提高钝化膜的稳定性.     

Zr-2合金表面ZrO2/Cr复合膜的高温蒸汽氧化行为

用微弧氧化(MAO)和磁过滤阴极真空弧离子镀(FCVAD)在Zr-2合金表面制备ZrO₂/Cr复合膜,用热重分析仪(TGA)评估了Zr-2合金基体和ZrO₂/Cr复合膜在900～1100℃蒸汽环境中的抗氧化性能,并分析其氧化后氧化层的截面结构、相组成和成分深度分布。结果表明,在900、1000和1100℃蒸汽环境中分别氧化3600 s后,ZrO₂/Cr复合膜试样单位面积增重约为Zr-2合金基体的3/8、1/4和2/5。在高温蒸汽环境中,ZrO₂/Cr复合膜表面氧化生成的致密Cr₂O₃膜能抑制氧向内扩散,提高锆合金的抗蒸汽氧化性能,阻止锆试样在1000℃蒸汽环境中出现分离氧化。ZrO₂/Cr复合膜的表面Cr层完全消耗前,Cr涂层的氧化主要取决于铬向外扩散,而不是氧向内扩散。在蒸汽氧化过程中,MAO膜的中间层能抑制氢渗透进入锆合金基体。     

多元合金团簇构型优化的研究

为了研究多元合金基体的稳定性,探讨了获得多元合金团簇平衡几何构型的途径,根据随机行走思想编写了多元合金构型优化的计算程序,并铸造了3种合金样品,其基体成分分别为Fe7Cr0.68Mn2.0V1.47Ni1.37Si0.7C,Fe8Cr0.74Mn2.3V1.45Ni1.55Si0.5C,Fe7Cr0.80Mn1.86V1.47Ni1.47Si0.8C,研究了这3种Fe基多元合金奥氏体基体的稳定性及平衡几何构型.计算结果表明:合金1的奥氏体基体最稳定,合金3的奥氏体基体最不稳定,最容易转变成马氏体,与X射线衍射结果一致.     

TLP扩散焊过程中近表面区域元素贫化控制研究

为了控制TLP扩散焊过程中近表面区域元素贫化,通过对IC10合金TLP扩散焊不同充氩分压量实验,测试分析充氩分压对表面Cr元素含量的影响和对焊接组织性能的影响。实验结果表明:TLP扩散焊真空充氩分压能控制表面Cr元素贫化层厚度在4μm左右,能有效控制TLP扩散焊过程中的表面元素贫化问题;焊接保温20min后开始分压,对焊接接头组织性能无不利影响;焊后进行热处理,能提高焊接强度,恢复基体组织性能。添加涂层后,经过扩散处理,贫Cr层消失。     

基板偏压对Al_(0.3)CrFe_(1.5)MnNi_(0.5)高熵合金氮化物薄膜性能的影响

高熵合金氮化物薄膜性能优异,目前国内对Al0.3Cr Fe1.5Mn Ni0.5高熵合金的研究主要是对块体,对薄膜研究较少。采用直流磁控溅射技术在硅片上沉积了Al0.3Cr Fe1.5Mn Ni0.5高熵合金氮化物薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪等分析了基板偏压对薄膜的晶体结构、溅射效率、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:基板偏压为-50 V时,薄膜的晶体结构为面心立方结构(FCC),薄膜截面有明显的柱状结构;随着偏压幅值的增加,衍射峰的强度降低,晶粒尺寸减小,薄膜的溅射效率降低,硬度提高;基板偏压为-150 V时薄膜硬度最高,为13.74 GPa,此时薄膜的抗摩擦磨损性能最好。     

锆合金表面Cr基涂层的耐高温氧化性能

用磁控溅射法在锆合金基体表面制备Cr和CrAl层,并使其在1200℃/1 h水蒸汽中氧化,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段表征氧化前后涂层和Zr合金基体的微观结构,研究了两种涂层在(反应堆失水(LOCA)事故情况下的)高温蒸汽环境中的抗氧化性能。结果表明：在1200℃/1 h水蒸汽中氧化后没有涂层的锆合金基体表面生成厚度约为100 μm的氧化膜;而在Cr涂层表面生成的致密Cr₂O₃层其厚度约为4 μm,表明氧化速率显著降低。CrAl涂层氧化后表面生成致密的Cr₂O₃和Al₂O₃混合氧化层,其厚度只有0.8 μm,表明氧化速率进一步降低。这些结果表明: 用磁控溅射法在锆合金表面制备的Cr和CrAl涂层,在1200℃水蒸气环境中均表现出良好的耐氧化性能。在Cr涂层表面生成的氧化膜厚度约为未涂层锆合金氧化层的1/25,CrAl涂层氧化膜厚度低于锆合金表面氧化层的1/100。     

Cr、Al对低膨胀Thermo-Span高温合金热腐蚀行为的影响

采用扫描电镜(SME)观测和能谱分析(EDAX)方法研究了改型低膨胀Thermo-Span合金650℃的腐蚀行为,并与标准合金进行了对比。结果表明,合金表面腐蚀产物主要为氧化物和硫化物。合金热腐蚀膜由三层组成,外层主要由Fe、Co和Cr的氧化物组成,改型合金表层还有少量Al和Co的氧化物;次表层为Al、Cr、Ni等元素组成的氧化物;硫化物主要为Ni、Co的硫化物,标准合金硫化物层较厚,而改型合金的硫化物层较薄。改型合金中致密的Al氧化物富积在次表层中,阻止了合金元素的向外扩散和O、S元素的向内扩散,降低了合金的腐蚀速率,提高了合金的耐腐蚀性能。