三相Cu—Ni—30Cr合金高温氧化行为研究

研究了Cr含量相对较高的Cu—Ni—30Cr合金在700℃-800℃，0．1MPa纯氧气中的氧化行为。结果表明：合金氧化动力学较复杂，其瞬时抛物线速率常数随时间而降低，氧化动力学曲线通常不是由单一的抛物线或直线组成而是由几段组成。Cu—Ni—Cr为三相合金，3相的存在增加了合金表面形成Cr2O3氧化膜所需临界浓度，但30at％Cr足以使合金表面形成连续的Cr2O3外氧化膜。氧化膜内层是合金和氧化物相共存的混合区，被氧化的岛状物是由Cr2O3和Cu，Ni组成。这种混合内氧化机制与经典内氧化明显不同。     

二元双相Cu-50Cr合金在700─900℃空气中的氧化

Cu－50Cr合金在700—900℃空气中的氧化结果表明,合金的氧化动力学在700和800℃遵循抛物线速度规律,在900℃其瞬时抛物线速率常数随时间而降低．合金氧化外层膜是CuO和Cu2O,内层膜由氧化铜和尖晶石型氧化物为基并嵌有Cr颗粒组成,Cr表面有Cr2O3和Cu2Cr2O4膜。900℃的氧化膜与基体金属界面上可观察到连续的Cr2O3层.合金未形成Cr的选择性外氧化．     

3种不同Cr含量Co-20Re-Cr合金在1000和1100℃的高温氧化行为

研究了Co-20Re-20Cr, Co-20Re-25Cr, Co-20Re-30Cr 3种三元合金在1000和1100℃下3.04×10~(-5)Pa氧气中氧化24 h的恒温氧化行为。由于表面形成的氧化膜不能阻止合金中Re以ReO_3形式向外挥发,3种合金都出现了明显的氧化失重现象,Co-20Re-20Cr和Co-20Re-25Cr合金在1100℃时失重更为明显。在两种温度条件下,Co-20Re-20Cr和Co-20Re-25Cr合金的氧化动力学曲线符合抛物线规律,而Co-20Re-30Cr合金的则不符合抛物线规律。3种不同Cr含量合金形成的氧化膜分层明显,最外层是较厚的CoO层,次外层是很厚且疏松多孔的CoCr_2O_4层,内层为极薄的不完全连续但具有一定保护作用的Cr_2O_3层。随着Cr含量的增加,形成的Cr_2O_3层变得更为连续和完整,因此合金的抗氧化性能随之提高,即Co-20Re-30Cr合金的抗高温氧化性能最好。     

钇离子注入对Co—40Cr（wt%）合金氧化行为的影响

研究了Co－40Cr（wt％）合金在空气中、1000℃下的恒温氧化和循环氧化行为。通过SEM／EDXA等测试手段,对合金表面形成的氧化膜进行了分析．并且,与合金表面离子注入3×1016Y ／cm2和3×1017Y ／cm2后的氧化行为进行了比较．结果表明,注钇和未注钇样品氧化后表面形成的都是纯Cr2O3膜,离子注钇明显改善了合金的氧化性能．其原因主要是稀土钇能以离子或细小氧化物颗粒的形式偏聚于Cr2O3晶界,通过阻碍氧化膜中Cr3＋阳离子向外扩散,降低了氧化膜的生长速率．同时,通过阻碍氧化膜／合金界面附近"kirkendall"空洞的形成,增强了氧化膜与合金基体之间的结合强度,提高了氧化膜的粘附性及合金的抗氧化性能．     

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。     

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。     

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。     

稀土元素Y和Ce对定向凝固镍基高温合金高温氧化行为的影响

用热重法研究稀土元素Y和Ce对定向凝固镍基高温合金DZ444高温氧化行为的影响,用X射线衍射仪和扫描电镜等观察和分析氧化膜组成和形貌。结果表明:合金在700、850和950℃下的恒温氧化动力学均符合抛物线规律,稀土元素的添加对其无影响;然而,添加稀土元素使其氧化激活能由257.6 kJ/mol降低至246.8kJ/molDZ444合金氧化膜分为3层:外层为疏松的Cr、TiO和(Cr2的混合物;中间层为Cr内氧化物层为Al。稀土元素未改变合金氧化膜的组成。稀土元素极易偏聚在合金表面,促进保护性Cr膜的形成,从而阻止合金的进一步氧化,并能有效抑制合金的内氧化。     

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。     

Haynes230合金在1100℃的恒温氧化行为

利用SAXD和SEM(EDAx)研究了Haynes 230合金在1100℃的恒温氧化行为.结果表明:氧化膜主要由Cr2O3和(Ni、Mn、Cr)3O4组成.随着氧化时间的延长,形成了多层氧化膜.外部的(Ni、Mn、Cr)3O4氧化膜可以阻止内部Cr2O3氧化层的挥发.氧化增重近似遵循抛物线规律.由于Cr和Mn的快速向外扩散,靠近氧化膜的基体化学成分发生变化,从而导致合金表层组织恶化,形成沿晶界分布的富Al的内氧化物、孔洞以及无碳化物区域.     

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     

Ni-Cr-W合金在1100 ℃的氧化膜演变

对新型Ni-Cr-W合金在1100 ℃下不同保温时间下的恒温氧化行为进行了研究。采用扫描电镜（SEM）以及能谱（EDS）对合金热暴露后的表面氧化膜形貌、元素含量以及合金基体的恶化情况进行了分析,表面氧化膜的相组成通过XRD进行确定。结果表明：在氧化初期（<3 h）,合金表面生成的单层氧化膜主要由Cr2O3组成,随着氧化时间的延长（>7 h）,在Cr2O3外逐渐形成了一层具有尖晶石结构的NiCr2O4。一旦外表面被均匀致密的尖晶石膜所覆盖,双层氧化膜NiCr2O4·Cr2O3便能有效的减慢合金基体被进一步氧化。合金亚表层的恶化形式包括晶界的内氧化、空洞以及无碳化物区的形成。合金中高的W含量并没有明显恶化合金的抗氧化性能。     

不同方法制备的Cu-Cr合金的氧化行为

采用粉末冶金（PM）、机械合金化（MA）及磁控溅射（MS）方法制备了具有不同显微组织的二元双相Cu-Cr合金（PM Cu-25Cr,MA Cu-20Cr和MS Cu-20Cr)。结果表明：经700℃，0.1MPa纯氧气氧化后，PM Cu-25Cr合金形成了包含CuO,Cu2O,Cr2O3及CuCr2O4的复杂混合氧化膜，氧化增重最大；MA Cu-20Cr合金在混合的氧化膜下出现了连续的Cr2O3层，氧化增重次之；MS Cu-20Cr合金涂层则形成了简单CuO与Cr2O3的两层膜结构，氧化增重最小。氧化行为的差异与合金显微组织的细化程度有密切关系。     

两种Co-Nb合金在60O℃～800℃1大气压纯氧中的氧化

研究了含Ｎｂ１５和３０ｗｔ％的Ｃｏ－Ｎｂ二元合金在ｌａｔｉｎ纯氧中６００～８００℃的氧化特性。它们的氧化动力学近似地遵循抛物线规律,而其瞬时氧化速率常数随时间而减低、且以６００℃氧化者尤甚。两合金的氧化速率均高于纯Ｃｏ,但其速率增量颇低。在所有的实验条件下,两合金都发生了外氧化与内氧化,外氧化膜的外侧为连续的纯氧化钴带,其下为两个二元Ｃｏ－Ｎｂ氧化物（ＣＯＮｂ２Ｏ６和ＣＯ４Ｎｂ２Ｏ９）与基金属氧化物的混合。内氧化带为氧化钴、氧化铌（Ｎｂ２Ｏ５或／和ＮｂＯ２）的混合,而在该带的最外侧还有源于富Ｎｂ合金相的二元氧化物。在合金－氧化膜界面处都没有观察到贫铌带。从合金的和所生成氧化膜的显微组织特征,尤其是从铌在钴中溶解度低的角度,对合金的氧化行为进行了讨论。     

几种Ni-Cr-Al墓低偏析高温合金的抗氧化性能研究

在１０００～１１００℃之间,对三种Ｃｒ、Ａｌ含量及微量元素Ｓ、Ｚｒ含量不同的Ｎｉ－Ｃｒ－Ａｌ基合金进行了恒温和循环氧化实验。结果表明,高Ｃｒ（１６Ｗｔ％）,低Ａｌ（３．５Ｗｔ％）、Ｓ（０．００５ｗｔ％）含量,且不含Ｚｒ的合金其氧化膜层主要由连续致密的Ｃｒ２Ｏ３外氧化层和树根状Ａｌ２Ｏ３内氧化层构成,氧化膜的粘附性较好。高Ａｌ（５ｗｔ％）,低Ｃｒ（９ｗｔ％）、Ｓ（０３００５ｗｔ％）含量,且不含Ｚｒ的合金其氧化膜主要由Ａｌ２Ｏ３,ＴｉＯ２,Ｃｒ２Ｏ３构成,氧化膜的粘附性较差,但在该合金中加入０．１Ｗｔ％Ｓ和０．１Ｗｔ％Ｚｒ,氧化膜的粘附性变好,而恒温氧化速率增加。文中对实验结果进行了综合分析。     

高Cr镍基合金的高温内氧化和内氮化行为

通过对镍基合金进行不同温度的恒温氧化试验、横断面的组织形貌观察及微区成分分析,研究一种高Cr镍基合金在恒温氧化期间的氧化物分布特征、内氧化及内氮化行为。结果表明:该高Cr镍基合金在850、900、950和1 000℃空气中氧化100 h期间,合金表层发生元素的外氧化,且在外氧化膜中出现分层结构,由表及里各层中的主要氧化物分别为Al2O3、Cr2O3、NiCr2O4和NiAl2O4、Cr2O3、CrTaO4和Al2O3;合金在900℃以下为完全抗氧化级,900~1 000℃为抗氧化级。该合金在各温度的恒温氧化期间,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;随恒温氧化温度的升高,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。其中,在内氧化物、内氮化物周围形成元素Al的贫化区,在贫化区内发生-′相的分解及贫乏。     

加氧处理对700℃级超超临界锅炉合金GH2984饱和蒸汽氧化行为的影响

采用氧化增重法、X射线衍射、扫描电子显微镜研究了不同溶解氧浓度下700℃级超超临界锅炉用GH2984镍基合金的750℃饱和蒸汽氧化行为,结果表明： GH2984合金在不同溶解氧浓度(10ppb、5ppm)的水蒸气中生成的氧化层均为单层结构,主要由连续Cr2O3和少量弥散或局部聚集分布着Al2O3、TiO2内氧化产物组成。加氧处理会造成GH2984合金氧化膜厚度增加和内氧化现象明显,并使得表面零散分布的Fe2O3瘤状凸起消失,转而生成更多富Cr瘤状凸起。另外,水中溶解氧浓度上升未引起GH2984合金表面Cr2O3氧化膜的加速挥发,但降低了氧化膜中的TiO2含量。     

Ni-22Cr-20Co-18W合金在1100℃时氧化膜的演变

采用扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪研究了1100℃下Ni-22Cr-20Co-18W合金氧化膜的演变规律。结果显示,在氧化初始阶段,表面形成了Cr2O3,NiO和(Co,Ni,Mn,Cr)3O4混合氧化膜,后者为M3O4型氧化物。长时间氧化后,氧化膜由单层转变为双层,在内层形成连续的Cr2O3膜,在外层形成可以抑制内层Cr2O3挥发的致密NiO氧化膜;同时氧化空位在氧化膜与合金基体界面处形成,并且Al元素的内氧化也在该处发生。     

The oxidation of micro-crystalline Co–Cr alloys under balanced oxygen pressure of Co2O3/Co powders

Surface micro-crystallizing was applied to Co–5Cr, Co–10Cr and Co–15Cr alloys by electro-spark deposition (ESD) and the oxidation behaviors of both cast and micro-crystalline alloys were investigated at 1000 °C under balanced oxygen pressure of Co₂O₃/Co-mixed powders. Surface and cross-section SEM morphologies, EDS and XRD analysis show that micro-crystallizing promotes both the external oxidation and internal oxidation of Co–5Cr alloy. Micro-crystallizing provides more grain boundaries so that the diffusion is enhanced. The inwards diffusion of O makes internal oxidation zone thicker while the outwards diffusion of Cr makes external oxidation more prominent for the micro-crystalline Co–5Cr alloy. For both the cast and micro-crystalline Co–10Cr and Co–15Cr alloys, 10 wt.% Cr is enough to form complex selective oxides (AO/AB₂O₄/BO) scales and 15 wt.% Cr is still not enough to form a single Cr₂O₃ oxide scale. Micro-crystallizing promotes the outwards diffusion of Cr and selective Cr₂O₃ scales are easier to form so that the external oxides scales of micro-crystalline Co–10Cr and Co–15Cr alloy are much thinner and their Cr/Co ratios are higher. The oxidation model of A–B alloy under oxygen pressure that both A and B can be oxidized is also proposed.     

Oxidation Behavior of Ni-3, 6 wt% Al Alloys at 800 °C in Atmospheres Containing Water Vapor

The oxidation behavior of Ni, Ni–3Al, and Ni–6Al alloys at 800 °C in air + H₂O was investigated. The oxidation kinetics of Ni and the alloys in air + H₂O were very similar, but the mass gains of Ni and each alloy were smaller in air + H₂O than in air. Oxidation products formed on Ni-3 and 6Al alloys consisted of an outer NiO scale and internal Al₂O₃ precipitates. The growth rates of both NiO and the internal oxidation zone were much smaller in air + H₂O. The NiO scale formed in air + H₂O was duplex in structure with outer porous and inner dense layers. The outer porous layer consisted of fine powder-like NiO particles. A thicker metallic Ni(Al) layer formed at the NiO/alloy interface in air + H₂O, caused by extrusion of Ni from the substrate due to volume changes accompanying the internal oxide formation. Formation of the metallic Ni layer appeared to be the reason for the similarity between the oxidation kinetics of both Ni and the alloys in air + H₂O.