二元双相Cu-Cr合金在700和800℃空气中的氧化行为研究

研究了二元Cu-Cr合金Cu-0.5Cr,Cu-7.0Cr和Cu-15.0Cr(原子分数,%)在700和800℃空气中的高温氧化行为.合金的氧化动力学基本遵循抛物线规律,其中Cu-0.5Cr合金的氧化近似于纯Cu的氧化行为,氧化产物主要为Cu的氧化物,Cr2O3颗粒弥散分布于氧化膜内层靠近膜/基体界面;Cu-7.0Cr和Cu-15.0Cr氧化后外层形成CuO和Cu2O,内层为Cr2O3和Cu2O·Cr2O3混合氧化物,并含有部分未氧化的Cr颗粒.合金的氧化速率随Cr含量的增加而降低,并且b相尺寸减小也利于提高Cu-Cr合金的抗氧化能力.合金氧化膜结构和生长规律与合金的原始显微组织和b相分布状态有关.     

晶粒细化对Cu—20Ni—20Cr合金氧化行为的影响

为探讨晶粒尺寸变化对三元复相合金氧化行为的影响，采用机械合金化制备了纳米晶三元Cu-20Ni-20Cr合金，并对比研究了该合金与同成分的铸态合金在700℃～800℃，0．1MPa纯氧气中的氧化行为。结果表明，铸态合金表面没有形成连续的Cr2O，保护膜，而是形成了含有所有组元氧化物及它们复合氧化物的复杂氧化膜结构。纳米晶Cu—20Ni—20Cr合金在700℃时合金表面形成了连续的Cr2O3氧化膜，而800℃时虽没有形成Cr2O3外氧化膜，但氧化膜规则平坦，外层是CuO，中间层是Cu2O，NiO和Cr2O3组成的混合氧化物区，内层则形成了一薄但不连续的Cr2O3层。晶粒细化降低了合金表面形成Cr2O3氧化膜所需活泼组元Cr的临界浓度。     

四元三相Cu-20Ni-20Cr-5Co合金的高温氧化行为

研究四元三相Cu-20Ni-20Cr-5Co合金在700-900℃、0.1MPa纯氧气中的氧化行为以及添加第四组元Co对三元三相Cu-20Ni-20Cr合金氧化行为的影响。结果表明:合金为三相混合物,其氧化动力学曲线偏离抛物线规律,由几个线段组成,添加5%Co后合金的氧化速率明显降低。Cu-20Ni-20Cr-5Co合金表面形成的氧化膜外层主要是由CuO组成,内层是合金与氧化物组成的混合内氧化区,最终合金内层表面形成一连续的Cr2O3层,阻止合金的进一步氧化。     

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。     

Cu-20Ni-30Cr合金在700℃和800℃纯氧气中的氧化

研究了三元复相合金Cu-20Ni-30Cr（at%）在700℃和800℃纯氧气中的氧化行为，合金由三相组成，具有最大Cu浓度和最小Cr浓度的α相为合金的基体，中间浓度的Ni和Cr的β相和富Cr的γ相以颗粒状态分布在合金基体中。合金在2个温度下的氧化动力学曲线偏离抛物线规律，其氧化增重随时间延长而降低，合金氧化速率随温度升高而加快，合金形成了复杂的氧化膜结构，外层为富Cu氧化物，中间层为尖晶石层，最内层为不规则但连续的Cr2O3膜，合金中的复相组织限制Cr在合金中的扩散，抑制了外氧化膜的形成。     

Cu-30Ni-20Cr纳米复合镀层的高温氧化行为

采用复合电沉积法制备出新型的Cu-30Ni-20Cr纳米复合镀层．该镀层的组织结构与常规Cu-Ni-Cr三元合金不同，是由Cu-Ni基固溶体（晶粒尺寸约为60nm）和纳米Cr颗粒（平均尺寸约为28nm）组成．与相同工艺条件下制备的Cu-40Ni合金镀层相比，Cu-30Ni-20Cr纳米复合镀层在800℃空气中的氧化速率显著降低，这是由于它能迅速形成一层连续、致密的Cr2O3膜所致．对Cr颗粒在Cu-30Ni-20Cr纳米复合镀层的高温氧化过程中所起的作用进行了讨论．     

工艺方法对Cu—Si和Fe-Si合金高温氧化行为的影响

采用电弧熔炼(CA)和机械合金化(MA)方法制备了不同显微组织的二元Fe-Si和Cu-Si合金,并研究了它们在不同温度下纯O2中的高温氧化行为.动力学分析表明,制备工艺对两种合金高温氧化行为的影响结果截然不同,机械合金化方法提高了Cu-Si合金的抗高温氧化性能但降低了Fe-Si合金的抗高温氧化性能.X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表明,两种方法制备的Fe-1Si合金氧化生成了Fe2O3→Fe3O4 FeO→FeO→ FeO SiO2结构的氧化膜;而Cu-1.3Si合金氧化后生成了CuO→Cu2O→Cu2O SiO2→内氧化区结构的氧化膜;虽然两种合金氧化后均生成了富SiO2的混合氧化区,但未形成连续的SiO2保护膜.探讨了晶粒尺寸对合金高温氧化行为的影响机理.     

晶粒尺寸对Cu-60Ni合金高温氧化行为的影响

研究了铸态Cu-60at%Ni(CACu-60Ni)和机械合金化制 备的纳米晶Cu-60at%Ni(MACu-60Ni)合金在800℃空气中的氧化行为.结果表明：CACu-60Ni 合金的氧化动力学偏离抛物线规律,形成外层为CuO,内层为疏松、多孔的Cu2O和NiO混合 氧化物层,同时沿合金基体发生了Ni的内氧化;MACu-60Ni合金的氧化动力学近似遵循抛物 线规律,合金表面氧化膜外层为很薄一层CuO,内层为较厚,且均匀致密的NiO层.晶粒细化 明显促进了由Cu2O和NiO混合氧化膜向单一连续NiO膜的转变.讨论了合金的氧化机制.     

Cu-60Ni-10Al和Cu-60Ni-15Al三元合金在800℃的高温氧化行为

研究了Cu-60Ni-10Al和Cu-60Ni-15Al（at％）在800℃的氧化行为。2种合金在初始阶段氧化较快，但与相应的Cu-Ni二元合金相比，铝的存在使合金的氧化速率大为降低；随着完整的保护性Al2O3层形成，合金的氧化速率进一步降低。氧化24h后，Cu-60Ni-10Al氧化膜外层仍有铜镍氧化物存在，10at％Al不足以使合金得到完全保护；而Cu-60Ni-15Al氧化膜完全由Al2O3层组成。对于60at％Ni的Cu-Ni-Al三元合金，获得完全保护的最佳铝浓度在10at％～15at％之间。     

添加Ni对Cu-25Co合金在600,700℃纯氧气中氧化行为的影响(英文)

研究了三元双相Cu-20Ni-25Co合金在600,700℃、0.1 MPa纯氧气中的氧化行为.结果表明:合金的氧化动力学不规则且偏离抛物线规律,氧化动力学曲线由3段抛物线段组成.前期研究的二元双相Cu-25Co合金经过了较长时间的氧化后合金表面未能形成活泼组元Co的选择性外氧化,而本研究的Cu-20Ni-25Co合金表面氧化膜外层主要是由CuO组成.紧接着是Co的氧化物层.可见,向Cu-25Co合金中加入Ni后,降低了合金表面形成活泼组元Co外氧化膜所需的临界浓度,促使合金表面在较低Co含量下能形成活泼组元Co的外氧化膜.     

机械合金化Cu-Cr合金在0.1MPa纯氧气中的氧化

采用机械合金化法制备了两相颗粒极细的Ｃｕ－Ｃｒ与Ｃｕ－４０Ｃｒ合金,研究其在７００￣８００℃,０．１ＭＰａ纯氧气中的氧化。ＭＡＣｕ－２０Ｃｒ及ＭＡＣｕ－４０Ｃｒ合金２４ｈ氧化后均形成了连续的Ｃｒ２Ｏ３层,这主要由于两相颗粒的细化,加快了Ｃｒ颗粒的溶解,缩短了Ｃｒ的扩散距离,从而有效地促进Ｃｒ２Ｏ３层的形成。     

Microstructural effects on the high temperature oxidation of two-phase Cu-Cr alloys in 1 atm O2

The oxidation of a Cu-Cr alloy containing about 60 wt% Cr and of two Cu-Cr alloys containing about 40 wt% Cr was studied at 700 and 800 °C in 1 atm O₂. The 60 wt% Cr alloy was prepared by powder metallurgy (PM) and had a phase particle size of 50-150 μm. One of the two alloys containing about 40 wt% Cr was prepared by mechanical alloying (MA) and had a phase grain size ranging from 10-50 nm to 200-300 nm, depending on the location, while the other was prepared by magnetron sputtering (MS) and had a phase grain size around 5-10 nm. The most important difference between the oxidation behavior of the three alloys is the formation of an exclusive chromia scale on the surface of the Cu-40 wt% Cr alloy prepared by magnetron sputtering and of a continuous chromia layer beneath an outermost layer of copper oxides on the corresponding alloy prepared by mechanical alloying, while the Cu-60 wt% Cr alloy prepared by powder metallurgy formed complex scales composed mostly of CuO, Cu₂O with some Cu₂Cr₂O₄ and Cr₂O₃. Thus, the microstructure of two-phase binary alloys has a strong effect of their oxidation behavior. In particular, a decrease of the alloy grain size favors the exclusive external oxidation of the most reactive component, reducing the corresponding critical content in the alloy. This effect is attributed to the presence of larger concentrations of rapid diffusion paths for the migration of the components in the alloy as well as to a faster dissolution of the particles of the Cr-rich phase in the copper matrix.     

晶粒细化对Cr-25Nb合金高温氧化行为的影响

采用电弧熔铸和机械合金化+热压烧结技术制备晶粒尺寸相差较大的Cr-25Nb合金,研究其在950及1200 ℃空气中的氧化行为。结果表明,熔铸态及机械合金化Cr-25Nb合金氧化后均没有发生Cr的单一外氧化,而形成了以Cr2O3为外层、NbCrO4为内层的双层氧化膜结构;机械合金化Cr-25Nb合金在950及1200 ℃的氧化速度均小于熔铸态合金,特别是在1200 ℃氧化100 h后,熔铸态Cr-25Nb合金的氧化增重是机械合金化合金的2倍多。这主要是因为晶粒细化促进了氧化膜内应力的释放,提高了氧化膜与基体的粘附性     

显微组织对Cu—Cr—Ni合金高温氧化行为的影响

研究了两种单／双相Cu-Cr-Ni合金的高温氧化行为。结果表明,合金氧化动力学偏离抛物线规律,其瞬时抛物线速率常数随时间延长而降低。两种合金表面氧化膜的结构差别较大,单相合金表面形成－连续的Cr2O3层,双相合金表面氧化膜外层是一边疆的CuO层,Ni和Cr的氧化发生在合金内部,这种合金与氧化物共存的混合内氧化与经典的内氧化明显不同,氧化层最里面形成了一连续的CrO3膜,抑制了合金的进一步氧化。     

The annealing and re-oxidation of oxidized CuNi alloys

A study has been made of the effects of an intermediate, isothermal annealing treatment in argon on the oxidation kinetics in dry oxygen of Cu10%Ni and Cu24%Ni at 800°C and Cu80%Ni at 1000°C using a semi-automatic microbalance. Changes in scale morphology and composition have been investigated using various techniques.Oxidation of Cu10%Ni and Cu24%Ni produces external scales consisting of a thick, inner Cu₂O layer and a thin, outer CuO layer, together with nickel-rich internal oxide in the adjacent alloy. Oxidation of Cu80%Ni yields an external scale consisting of a thick, inner NiO layer and a thin, outer CuO layer, together with a few nickel-rich internal oxide particles in the adjacent alloy. During annealing, the outer CuO layers on the three alloys dissociate to give Cu₂O and oxygen. With Cu80%Ni only, further dissociation to give copper metal takes place after long annealing times. In all cases, the annealing treatment leads to a reduction in the cation vacancy gradient across the scale and a reduction in the total vacancy level in the scale due to the reduction in oxygen activity at the oxide-gas interface.In Cu10%Ni and Cu24%Ni, internal oxide formation during annealing stimulates dissociation of the Cu₂O scale near the oxide-alloy interface to give copper metal and oxygen. Similarly, internal oxide formation stimulates dissociation of the NiO layer on Cu-80%Ni, although to a lesser extent than for the copper-rich alloys.During re-oxidation, the kinetics are partly determined by the extent of scale thinning during the prior annealing treatment, giving more rapid weight gains than expected from those recorded during the initial oxidation period. Nevertheless, particularly for Cu-80%Ni, where the scale thinning is relatively small, the reduction in the cation vacancy gradient across the scale and the reduction in the total vacancy level in the scale do result in a reduced oxidation rate compared with the rate recorded during the initial oxidation period.     

溅射TiAlCr涂层对Ti-24Al-14Nb-3V抗氧化性能的影响

研究了溅射Ｔｉ５０Ａｌ１０Ｃｒ及Ｔｉ５０Ａｌ２０Ｃｒ涂层对Ｔｉ２４Ａｌ１４Ｎｂ３Ｖ抗高温氧化性能的影响。结果表明,在８００℃下,Ｔｉ５０Ａｌ１０Ｃｒ及Ｔｉ５０Ａｌ２０Ｃｒ涂层表面由于可形成粘附性良好的Ａｌ２Ｏ３膜,大大改善了Ｔｉ２４Ａｌ１４Ｎｂ３Ｖ的抗高温氧化性能。９００℃时在Ｔｉ５０Ａｌ１０Ｃｒ涂层表面长出大量ＴｉＯ２,导致其氧化增重较大;而在Ｔｉ５０Ａｌ２０Ｃｒ涂层表面生成了连续Ａｌ２Ｏ３,其抗氧化性能良好。然而,由于ＴｉＡｌＣｒ涂层与基体热膨胀系数不同,在循环氧化过程中涂层出现一些裂纹,导致其抗循环氧化性能有所下降。     

Water Vapour Effects on Fe–Cr Alloy Oxidation

Isothermal oxidation at 700 °C of binary Fe–Cr alloys containing 9, 17 and 25 wt% chromium was measured using continuous thermogravimetric analysis. All alloys developed thin, protective chromia scales in Ar–20O₂ (vol%). Chromia scale growth on the 17 and 25 Cr alloys was faster in Ar–20O₂–5H₂O and Ar–5O₂–20H₂O. In these gases, the Fe–9Cr failed to form a chromia scale and suffered rapid breakaway oxidation, growing iron-rich oxides instead. A low oxygen potential gas, Ar–10H₂–5H₂O caused chromia scaling on Fe–17Cr and Fe–25Cr, but internal oxidation of Fe–9Cr. Application of Wagner’s criterion for sustaining external scale growth is shown to account satisfactorily for these observations.     

高铬含量Fe-Cr合金800℃的循环和恒温高温氧化行为

研究了高铬含量的Fe-20Cr、Fe-30Cr和Fe-40Cr三种合金在800℃,空气中的循环氧化行为和0.1 MPa纯氧气中的恒温氧化行为。三种合金在循环氧化条件下的氧化动力学均不规则,随着Cr含量的增加,其抗氧化性能逐渐增强。24 h氧化后,Fe-20Cr单位面积增质最大,其值为2.21×10^-2 mg/(cm^2·h),Fe-40Cr单位面积增质最小,其值为1.45×10^-2mg/(cm^2·h)。结果表明:三种合金的恒温氧化动力学曲线均可分为暂态氧化和稳态氧化两个阶段,每个阶段都能较好地符合抛物线规律。总体上来说,恒温条件下三种合金都具有优异的抗高温氧化性能,其24 h单位面积氧化增质比循环氧化下降了将近一个数量级。但随着Cr含量的增加,三种合金抗氧化性能逐渐下降,Fe-20Cr反而具有最佳的抗氧化性能。在循环和恒温氧化条件下,三种Fe-Cr合金均生成了单一的保护性Cr2O3外氧化膜。