Ni-20Cr合金在1200℃下的氧化行为

对Ni-20Cr电热合金在1 200℃下进行不同时间的恒温氧化试验,用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)观察分析了1 200℃不同氧化时间下合金的表面形貌、横截面形貌及氧化膜的相组成。结果表明,在1 200℃氧化时,Ni-20Cr合金丝电阻变化与氧化膜厚度变化趋势一致。随着氧化时间延长,合金丝表面氧化膜晶粒逐渐增大,并出现破裂、翘起现象;合金丝表面氧化膜分3层,其主要相组成为NiO、SiO₂、NiCr₂O₄、Cr₂O₃。     

TP439不锈钢在800℃高温水蒸气中的初期氧化行为

研究了TP439不锈钢在800℃高温水蒸气中的初期氧化行为。采用恒温氧化法测试了TP439不锈钢在800℃高温水蒸气中的氧化动力学曲线。通过场发射电子扫描显微镜(FE-SEM)观察试样氧化后的形貌，采用能谱分析(EDS)及X射线衍射(XRD)分析膜层的表面成分及相结构。结果表明：TP439不锈钢在初期阶段的氧化速率较快，氧化动力学符合线性氧化规律，线性速率常数kl为5.21×10(-2) mg/(cm²·h)，氧化过程受界面反应控制；随着氧化时间的增加氧化膜逐渐变厚，第二阶段的氧化动力学遵循抛物线规律，抛物线速率常数kp为1.54×10^-3 mg²/(cm⁴·h)，氧化速率的控制步骤由界面反应控制转为扩散控制。TP439不锈钢氧化产物的主要成分为(Cr,Fe)₂O₃和少量的Cr₂O₃、Fe₂O₃、FeCr₂O₄尖晶石氧化物。在...     

激光辅助热喷涂NiCoCrAlYTa-Cr2O3-Cu-Mo涂层高温静态氧化行为

为探究高温润滑耐磨涂层抗高温氧化行为,采用激光辅助等离子喷涂技术(LPHS)在GH4065A镍基高温合金上制备NiCoCrAlYTa-Cr₂O₃-Cu-Mo涂层,研究了该涂层在(850～1000)℃×220 h的抗高温氧化行为。计算得出氧化激活能约为128.5 kJ·mol^-1,850、900、1000℃氧化速率常数分别为1.44×10^-2、3.61×10^-2、7.71×10^-2 mg²·cm^-4·h^-1。结果表明,850℃×220 h氧化后表面生成Al₂O₃为主的连续致密氧化膜,阻碍涂层内部的进一步氧化;1000℃×220 h氧化后表面生成疏松NiO为主,致密Cr₂O₃·NiO为辅的氧化膜。致密氧化膜的生成阻止了涂层及基体的进一步氧化。     

放电等离子烧结超细晶ODS镍基合金的高温氧化行为研究

通过机械合金化 (MA) 和放电等离子烧结 (SPS) 制备了 Cr₂O₃颗粒强化的超细晶结构镍基高温合金(ODS 合金)。对比研究了不添加氧化物颗粒合金 (Base 合金) 和 ODS 合金样品的微观结构和高温氧化行为。结果表明,在1200 ℃烧结过程中,Cr₂O₃完全转变为Al₂O₃。由于SPS快速烧结及弥散分布的原位Al₂O₃颗粒钉扎,抑制了晶粒长大,ODS合金具有十分细小的晶粒结构,其平均晶粒尺寸为0.98 μm;Base合金平均晶粒尺寸稍大,为1.54 μm。ODS合金在900 ℃下具有较好的抗氧化性能和较低的氧化速率,得益于其表面迅速生成了连续致密的内层α-Al₂O₃膜,能有效地阻止Ti和Cr向外扩散,表面生成少量保护性较差的TiO₂和NiCr₂O₄。而Base 合金表面则生成了以 Al     

Super304H奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能

对Super304H奥氏体不锈钢在550～800℃进行高温氧化试验,结合氧化动力学规律去研究Super304H奥氏体不锈钢的氧化机理。结果表明,Super304H奥氏体不锈钢在550～800℃氧化质量增加曲线遵循抛物线规律,在750～800℃时60 h以内氧化质量增加趋势最明显,100 h后质量增加高达0.005 mg·mm^-2。在550～750℃逐渐生成致密的氧化膜,主要由Cr₂O₃和Fe_3-xCr_xNiO₄混合氧化物和少量CuCrMnO₄构成。升高温度会促进Cr的选择性氧化,使得Cr₂O₃保护膜开裂,800℃时暴露出的Fe基体与氧原子反应生成瘤状Fe₃O₄,氧化膜厚重并伴有剥落现象。应变速率为3.2×10^-4 s^-1时,不锈钢的抗拉强度随氧化温度升高而降低,600℃的抗拉强度最大,达350 MPa; ...     

Ni-Cr-Mo-Cu多孔材料的高温氧化行为

以Ni、Cr、Mo、Cu为原料,采用活化反应烧结制备Ni-Cr-Mo-Cu多孔材料,采用静态增重法测定其氧化动力学性能,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能谱仪(EDS)、孔径测试仪等分析手段表征了Ni-Cr-Mo-Cu多孔材料在600～800℃的表面氧化膜组成、结构和形貌等氧化行为。结果表明：多孔材料的氧化动力学近似抛物线演变规律,在800℃氧化20 h后,最大孔径从13.32μm下降到9.52μm,透气率从97.8 m³/(m²·kPa·h)下降到81.3 m³/(m²·kPa·h),多孔材料的透气度仅下降了16.8%。重点探讨了Ni-Cr-Mo-Cu多孔材料在高温条件下的氧化机理,多孔材料表面以Cr₂O₃、NiO薄膜为主。经氧化动力学计算,多孔材料的活化能为152.18 kJ/mol。     

选区激光熔化AlCoCrCuFeNi高熵合金的高温氧化行为研究

基于选区激光熔化技术制备了AlCoCrCuFeNi高熵合金，研究其显微组织及800、1000和1200℃下的高温氧化行为，采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法表征分析了氧化膜的物相组成和形貌特征。结果表明：所制备的AlCoCrCuFeNi高熵合金主要包含bcc相、bcc/B2相和少量的fcc相，显微组织为长直柱状枝晶和等轴胞晶结构组成的非平衡异质结构。AlCoCrCuFeNi高熵合金在3种不同温度下的高温氧化性能优异，氧化动力学曲线基本符合抛物线定律，氧化速率对温度有明显的依赖性，其随着温度的提高而增加，并且氧化反应导致氧化膜中产生了明显的空洞和裂纹，为金属元素的持续扩散提供了通道，加剧了氧化反应，所引起的剥落现象愈加严重，氧化膜主要成分为Cr₂O₃、Al₂O₃和MCr₂O₄尖晶石混合氧化物，较为致密的氧化膜可以有效地抑制基体受到进一步氧化，提高抗氧化性能。     

DZ445镍基高温合金高温长时间氧化形成的多层膜结构

研究了高Cr/Al比和中Ta含量的DZ445镍基高温合金在900℃下300～2600 h的氧化行为。结果表明,900℃氧化≥500 h,氧化膜呈现多层结构,最外层氧化物相为NiCr₂O₄、Cr₂O₃和TiO₂,次外层为CrTaO₄和TiO₂,次内层为Al₂O₃、NiCr₂O₄和NiO,最内层主要是Al₂O₃。次外层和次内层的出现使得合金氧化速率降低,表现为动力学方程的指数大幅度增加和氧化速率常数急剧下降。这2层的出现也使得合金氧化机理发生转变,次外层形成后氧化过程由合金元素Cr、Ti、Ni向外扩散转变为由Al的向外扩散和O的向内扩散所控制;次内层形成后,氧化过程转变为Ni、Cr的向外扩散和O的向内扩散所控制。这种多层氧化膜结构使得DZ445合金表现出优异的抗氧化能力。     

Inconel 600和Inconel 690合金在模拟压水堆一回路水环境中生成的氧化膜特征研究

利用原位表面增强型拉曼光谱 (SERS) 研究了Inconel 600合金和Inconel 690合金在高温高压水环境中生成的氧化膜特征。结果表明,Inconel 600合金氧化膜的内层为薄且连续的Cr₂O₃,外层为非连续分布的FeCr₂O₄/NiFe₂O₄晶粒。Inconel 690合金腐蚀氧化膜由单一连续的Cr₂O₃构成。从两个方面分析了本文SERS结果与他人研究成果之间的差异。一是合金在腐蚀的早期阶段形成Cr₂O₃内层,随着时间增加,转变成热力学稳定的富铬尖晶石;二是由不锈钢材料制成的高压釜和回路管道,溶液中含有大量的Fe²⁺和Ni²⁺,导致氧化膜中尖晶石相的生成。提出了合金氧化膜与腐蚀时间以及高压釜 (含管道回路) 材质都存在一定的关联性。     

一种钴基耐磨材料的高温氧化行为研究

研究了NbC颗粒增强钴基耐磨材料在950～1050℃空气中的氧化行为。合金在950℃下属于抗氧化级，1000℃下属于次抗氧化级，1050℃下属于弱抗氧化级，氧化动力学曲线基本符合抛物线规律。合金表面形成由CoCr₂O₄、CoNb₂O₆、Cr₂O₃和Al₂O₃组成的混合氧化物层，基体中块状NbC的优先原位氧化行为造成氧化层厚度不均匀且疏松多孔。经过1050℃，100 h氧化后，氧化层下方基体中形成贫Cr层，导致氧化皮剥落后无法重新形成具有保护作用的连续氧化膜。     

不同表面粗糙度镍铬铝合金的高温氧化行为

采用热重法并结合X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪等分析手段,研究在1000 ℃条件下Ni-10Cr-5Al (质量分数,%) 合金样品表面粗糙度对其氧化行为的影响。结果表明：经1000 ℃氧化215 h后,不同表面粗糙度的合金其氧化动力学均服从抛物线规律,并存在两个抛物线常数,氧化膜主要由Al₂O₃,NiCr₂O₄和NiAl₂O₄组成。随着表面粗糙度的增加,氧化增重越明显,同时氧化膜脱落越严重、氧化膜金属界面越起伏。其中,表面粗糙度对合金氧化的影响主要是在氧化前期阶段促进生成了尖晶石NiCr₂O₄和NiAl₂O₄氧化物。     

磁控溅射铬涂层锆合金包壳高温水蒸气氧化行为

目的 研究磁控溅射Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在1 100～1 300℃水蒸气环境中的氧化行为，为制定核反应堆事故预防和管理提供依据。方法 采用卧式管式炉开展高温氧化试验，通过分析天平测量试样增重，通过扫描电子显微镜观察形貌，通过X射线能谱仪分析元素分布。结果 氧化前Cr涂层结构致密，没有明显缺陷。氧化后包壳表面形成微观的鼓包、褶皱或裂纹。Cr涂层在1 100℃和1 200℃氧化3 600 s后形成了Cr₂O₃-Cr-ZrCr₂的三层结构。1200℃下，Zr沿Cr晶界扩散到达Cr₂O₃/Cr界面后将Cr₂O₃还原，引起局部Cr₂O₃厚度减小，Cr晶界中的Zr O₂则构成了O扩散的短途通道。1 300℃氧化1 800 s和3 600 s后，Cr涂层性能退化，生成外侧ZrO₂层。在Zr基体氧含量饱和的过程中，Zr O₂生长的抛物线...     

Cr元素含量对镍基合金涂层抗热腐蚀行为的影响

采用高速电弧喷涂技术在20G钢基体表面制备三种铬含量不同的镍基合金涂层.光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜和能谱分析等技术对涂层微观组织结构、相组成及成分进行分析.选用摩尔比为7:3的Na₂SO₄+K₂SO₄水溶液涂敷刷在涂层表面,分析涂层在650℃下的抗热腐蚀性能.结果表明,涂层的腐蚀动力学曲线基本符合抛物线规律;四种涂层表面均形成了致密连续的NiO和Cr₂O₃保护膜.随着铬含量升高,涂层表面氧化膜中Cr₂O₃含量升高,NiO逐渐减少,涂层抗热腐蚀性能明显提高.Ni-30Cr,Ni-45Cr,Ni-50Cr涂层抗热腐蚀性能分别为20G钢基体的10,15和20倍;Ni-50Cr涂层抗腐蚀性能是美国Tafa 45CT材料的1.4倍.     

预氧化处理对MP35N合金高温氧化行为的影响

目的 探索并优化合金成分、工艺以获得致密稳定的预氧化膜,提高合金抗氧化能力。方法 利用非自耗真空电弧炉熔炼合金,在真空容器中加热金属及其氧化物粉末获得平衡氧压。通过莱茵装置进行预氧化实验。通过FactSage计算Co-Ni-Cr-Mo-Al-Si体系的合金组织相图及其氧化相图,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜对预氧化的试样进行物相分析。结果 在1000℃、10^–17atm氧压下预氧化,未含Si的MP35N合金表面出现Cr₂O₃氧化物;随着Si添加量的增加,表面氧化物变为(Al,Cr)₂O₃,以Cr₂O₃为主,内氧化物为Al₂O₃;当Si含量(质量分数)为3%时,内部形成了近乎连续的带状Al₂O₃氧化膜。在1 000℃、10^–25 atm氧压下,合金表面形成连续的Al₂O₃膜;...     

镍基单晶高温合金N5及其纳米晶涂层在900℃下O2和O2+20%H2O气氛中的氧化行为

以镍基单晶高温合金N5为基体,采用磁控溅射技术在基体表面沉积与其成分相同的纳米晶涂层,并对比研究合金及其纳米晶涂层在900℃下O₂和O₂+20%(体积分数) H₂O气氛中的氧化行为。结果表明,水蒸气加快了合金和涂层的氧化速率,促进合金表面氧化膜的剥落,并且影响了氧化膜的组成和结构。在O₂和O₂+H₂O环境中,合金表面氧化膜都由外层NiO、中间层NiAl₂O₄和内层Al₂O₃组成;但在O₂+H₂O环境中,合金氧化速率较大,外层氧化膜发生剥落。纳米晶涂层显著提高了合金的抗高温氧化性能,在O₂气氛中表面形成Al₂O₃,而在O₂+H₂O气氛中表面氧化膜主要为NiAl₂O₄。同时,纳米...     

镍基合金Inconel617B在700℃超临界水环境中的氧化行为研究

开展了镍基合金 Inconel617B 在 700 ℃/25 MPa 超临界水环境氧化实验研究。利用电子天平、SEM、XRD、XPS 以及 AFM 对金属氧化动力学、氧化膜微观形貌、物相成分进行了分析。结果表明：700 ℃时镍基合金 Inconel617B 的氧化动力学介于抛物线和直线规律之间。氧化物主要为 NiO、NiCr₂O₄以及 Cr₂O₃,同时存在少量的Ni(OH)₂、CoO以及Ti O₂。随着氧化时间的增加,氧化膜物相发生变化。三维形貌观察表明,氧化膜的生长源于金属离子的向外扩散。     

309SMOD奥氏体耐热不锈钢的高温氧化行为

采用增重法分析了309SMOD奥氏体不锈钢板材在不同温度下的氧化行为,获得了该钢高温氧化的抛物线动力学曲线,利用SEM、EDS及XRD对氧化物的形貌和物相进行了分析。结果表明,800 ℃氧化物形貌为板状和块状,900 ℃、1000 ℃的氧化物主要为尖晶石颗粒。309SMOD奥氏体不锈钢表面由于高温氧化生成具有3层结构的混合氧化物膜,最外层结构为MnCr₂O₄和FeCr₂O₄,次外层结构的氧化物为Cr₂O₃,最内层结构的氧化物为SiO₂,这种结构的氧化膜使得309SMOD奥氏体不锈钢具有良好的抗高温氧化性能。     

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。     

Fe-Cr-Al电热合金的高温氧化行为

对一种Fe-Cr-Al系电热合金0Cr25Al5进行了不同温度(950、1050、1150 ℃)的氧化质量增加试验。结果表明,合金试样在950 ℃下属于完全抗氧化级,在1050 ℃下属于抗氧化级,在1150 ℃下保温40 h以上时,由于Cr₂O₃的氧化挥发导致氧化膜出现空洞,大大降低了合金的抗氧化性能。XRD物相分析表明合金表面氧化膜主要由TiO₂、Al₂O₃和FeCr₂O₄组成。     

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。