TP347H钢高温水蒸气氧化研究

研究了在600MW超临界机组屏式过热器TP347H管运行5000h后的高温蒸气氧化层。通过分析蒸气氧化层成分、相结构以及Cr的分布,并结合高温水蒸气存在的情况下氧化膜生长速度,提出了高温蒸气氧化层的形成机理。由Cr的扩散探讨了晶粒尺寸对TP347H管抗高温蒸气氧化性能的影响。结果表明:CrO2(OH)2的挥发导致了外层Fe的氧化物的形成,FeCr2O4内层的形成能够有效减缓蒸气氧化进程,进入稳态氧化阶段后氧化层厚度将保持不变;同时,随晶粒尺寸的减小TP347H的抗蒸气氧化性能提高。     

3种700℃级超超临界燃煤锅炉备选高温合金煤灰腐蚀行为

研究了3种700℃超超临界燃煤锅炉备选高温合金Inconel 740,CCA 617,GH 2984在760℃现役机组煤灰腐蚀介质中的高温腐蚀行为。结果表明:镍基合金Inconel 740和CCA 617均能形成保护性的Cr2O3氧化膜,局部点蚀为其主要失效形式。点蚀区域氧化膜为多层结构,由外到内依次为Ni(Co)O、Cr2O3(TiO、Al2O3)以及少量内层硫化物;较高Cr、Al含量提高了Inconel 740合金的耐蚀性能;挥发性产物与氧化膜微区溶解降低了CCA 617合金氧化膜的致密性。GH 2984合金因含有较多的Fe未能形成保护性的氧化膜,氧化膜分层生长,且出现了严重的剥落现象。     

Al_(0.5)CrCoFeNi高熵合金高温氧化的研究

采用真空电弧炉在氩气保护下熔炼Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金,在不同温度(800~1100℃)下进行100 h的高温氧化实验,测定其氧化动力曲线,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法分析氧化层结构和形貌。结果表明:Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金在800和900℃形成的氧化膜较完整且致密,具有较为优异的抗氧化性能。在1000和1100℃形成的氧化膜较厚,膜内有大量裂纹与孔洞,抗氧化性能较差。氧化初期,界面反应起主导作用,随着氧化膜的生长,扩散过程发挥越来越重要的作用,成为继续氧化的控制因素,以致一种或多种合金元素氧化物在表面析出,形成尖晶石类内层氧化物Ni Cr2O4、Co Cr2O4、Fe(Cr,Al)2O4内氧化层。在高温氧化过程中,N2会参与反应,与Al发生较强反应,生成Al N颗粒,进一步的氧化过程使Al N再次氧化,N2逃逸,留下具有Al N外形的空洞。     

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.     

预氧化温度对GH3128合金抗高温循环氧化性能的影响

采用热重法并结合SEM、EDAX等分析手段,研究了预氧化温度对GH3128合金抗高温(1100℃)循环氧化性能的影响。结果表明:在适当温度下进行预氧化处理可有效提高合金的抗高温循环氧化性能。GH3128合金经预氧化处理后抗高温循环氧化性能的优劣主要取决于两种因素的综合作用,其一是合金表面元素Cr的选择性氧化,形成致密均匀的保护性预氧化膜,提高合金抗高温循环氧化性能;其二是合金中元素Ti、Cr的晶界偏析加剧,加速晶界氧化并导致显微裂纹等缺陷产生,降低合金的抗高温循环氧化性能。900℃预氧化处理的GH3128合金试样具有最佳的抗高温循环氧化性能,该温度下预氧化膜形成较好且合金元素Ti、Cr的晶界偏析作用相对较弱。     

FeCrAl/ZrNbCu复合管包壳高温蒸气氧化行为研究

FeCrAl/ZrNbCu复合管兼顾了Zr合金和FeCrAl合金的优点,是事故容错燃料包壳候选材料之一。本文研究了FeCrAl/ZrNbCu复合管蒸气氧化行为,结果表明,外层FeCrAl材料具有优异的抗蒸气氧化性能,有效保护了内层Zr合金管。氧化产物分析表明,FeCrAl合金氧化膜呈凹凸状,氧化产物为Fe2O3、FeCr2O4、Cr2O3和Al2O3;ZrNbCu合金氧化膜垂直于表面生长,氧化产物为ZrO2和Nb2O5;在1000℃氧化时复合管界面没有明显元素扩散;在1100℃和1200℃氧化后界面发生明显元素扩散。复合管外侧到内侧分别为FeCrAl氧化膜、FeCrAl合金、FeCrAl-ZrNbCr扩散层、ZrNbCu合金、ZrNbCu氧化膜;界面结合方式由机械结合转变为冶金结合。     

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。     

Al对高温合金高温抗氧化性能的影响

通过加入Al改善高温合金氧化膜的稳定性,并辅以微量强化元素Nb与合理的热处理工艺来提高高温合金抗氧化性。在真空感应熔炼炉中熔炼合金,利用扫描电镜、X射线衍射仪研究了Al元素对高温抗氧化性能的影响。结果表明:Al的加入提高了钢的抗氧化性,但含5%Al试样的氧化膜表面出现大量裂纹;合金氧化膜主要是由Cr2O3和具有尖晶石结构的FeCr2O4、Fe3O4以及少量Al3Fe5O12组成。     

多弧离子镀Cr涂层对γ-TiAl合金高温氧化性能的影响

采用多弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备Cr涂层,用SEM/EDS和XRD等手段研究了该涂层对γ-TiAl合金在高温下氧化性能的影响。结果表明,涂层在高温下可形成保护性氧化膜,氧化膜主要分为内外两层,其中外层氧化膜在650℃下主要为Cr2O3,在750℃下为TiO2,在950℃为Al2O3,内层氧化膜均为Ti-Al-Cr的混合氧化膜,Ti-Al-Cr的互扩散层可有效阻止氧向基体扩散,显著提高了γ-TiAl的抗高温氧化能力。     

一种铸造镍基高温合金的氧化行为

利用静态增重法研究了铸造镍基高温合金Ni48Cr28在950~1 150℃温度范围内的氧化动力学,其氧化动力学曲线符合抛物线规律。环境扫描电镜和能谱分析表明,Ni48Cr28合金的氧化膜最外层是比较致密的Mn与Cr氧化物混合层,中间层是性质致密的Cr2O3氧化层,内层是疏松的SiO2。通过研究添加稀土元素的Ni48Cr28在950~1 150℃高温抗氧化性能,结果表明适当的稀土元素能提高合金在950~1 150℃的抗氧化性能。     

Ni76Cr19AlTi合金的高温氧化行为

采用静态恒温氧化增质法研究Ni76Cr19AlTi合金在600~800℃范围内的高温氧化动力学规律,采用场发射扫描电镜对氧化产物进行表面和横断面形貌观察,用X射线衍射仪分析氧化膜层的物相组成。结果表明,合金在600~800℃范围内氧化增质与氧化时间的关系遵从抛物线规律,氧化速率常数Kp随温度的升高而增大;在800℃下氧化200 h,平均氧化速率为0.002 15 mg.cm-2.h-1,合金属于完全抗氧化级;氧化过程中,氧化膜主要受控于Cr2O3的生长,经过长时间氧化后,表层为比较疏松的TiO2和Cr2O3,内层为起保护作用的Cr2O3和Al2O3,氧化膜的组成以Cr2O3为主。     

Ni-20Cr-18W高温合金1100℃恒温氧化行为(英文)

利用电镜、具备能谱分析功能的扫描电子显微镜和X射线衍射仪等分析设备,研究了一种新型Ni-Cr-W基高温合金Ni-20Cr-18W在1100℃的恒温氧化行为。通过试样的氧化增重,获得了氧化动力学规律。分析结果显示,在氧化初始阶段,合金表面生成了由六面体结构的Cr2O3,立方结构的NiO和与M3O4型氧化物同型的尖晶石结构 (Ni,Mn,Cr)3O43种相组成的混合氧化膜。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;同时在氧化膜与合金基体界面处形成氧化孔洞,并且在该处发生Al元素的内氧化。     

T92 钢在高温水蒸气中的氧化行为

目的研究T92钢在90%Ar+10%H2O(均为体积分数)气氛中750℃条件下的氧化行为。方法在管式炉中进行高温氧化实验,利用SEM/EDS和XRD分析氧化膜的形貌、结构和成分。结果 T92钢在高温水蒸气环境中,氧化初始阶段的氧化产物为Fe2O3和FeCr2O4。随后的氧化过程中,Fe快速向外扩散,氧化加速。最终的氧化膜呈双层结构,内层为Fe2O3和FeCr2O4,外层为Fe2O3,氧化层内存在孔洞,且有裂纹。结论 T92钢在氧化初期不生成保护性富Cr氧化膜,在高温水蒸气环境中的氧化严重。     

Cr含量对GH648合金抗氧化性的影响

采用标准非连续称重方法探讨了Cr含量少量变化对GH648镍基高温合金高温氧化性能的影响,测定了700~1 200℃的氧化增重,确定了腐蚀动力学规律和反应激活能,观察了温度改变对氧化膜形貌的影响。结果表明:GH648合金在氧化温度900℃以下时,属于完全抗氧化级。当合金中Cr质量分数超过32%时,Cr含量的略微增加对GH648合金的抗氧化性能影响不大。     

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。     

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。     

水蒸气对Fe-Cr-Ni合金在800℃时的氧化膜形貌的影响

研究了水蒸气对Fe-13%Cr-5%Ni合金在800℃下的氧化膜形貌的影响。用光学显微镜、扫描电子显微镜观察了氧化膜的截面及表面形貌,用XRD分析了氧化膜的物相组成。结果表明,干燥气氛下形成的氧化膜表面呈鳞片状,截面为单层结构,其物相组成为Fe2O3和Cr2O3;富含水蒸气的气氛下形成的氧化膜表面则有大量粗糙的凸起,截面为复合层结构,外层有大量孔洞,其物相组成为Fe2O3,内层较为致密,其物相组成为FeCr2O4。     

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。     

添加0.1mass%Y的K38G高温合金1000℃恒温氧化行为

研究了添加0.1mass%稀土Y的铸造K38G高温合金在1000℃的恒温氧化行为.结果表明,较之不含Y的合金，含Y铸态K38G合金的氧化速率显著降低； 氧化时形成双层的外氧化膜，表层为以Cr2O3和TiO.2为主的混合氧化物层，内层为连续的Al2O3层；没有内氧化和内氮化，没有氧化膜的剥落，加入稀土Y有效地提高了氧化膜的粘附性能.     

TC4合金双辉等离子渗Cr高温氧化行为

研究了双层辉光等离子渗Cr对TC4合金650、750、850℃恒温氧化性能的影响。结果表明：渗Cr后,表面梯度合金层显著提高了TC4合金的高温氧化性能,Ti-Cr互扩散层可有效阻止氧向基体扩散。氧化过程中,Ti、Cr向外扩散形成TiO2/Cr2O3氧化膜,其形态与氧化温度有关。850℃氧化100 h后,渗Cr试样表面形成致密Cr2O3膜,恒温氧化性能优于NiCrAlY热障涂层。