高Cr镍基合金高温氧化行为及内氧化内氮化研究

"高Cr镍基合金的高温内氧化和内氮化行为的研究论文，发表于2012年2月的《中国有色金属学报》。文章通过恒温氧化试验、组织形貌观察和微区成分分析，探讨了一种高铬镍基合金在不同温度下的氧化特性、内氧化和内氮化现象。研究发现，合金在850至1000℃的氧化过程中，表面形成多层氧化物，主要包含Al2O3、Cr2O3、NiCr2O4、NiAl2O4、Cr2O3和CrTaO4。900℃以下，合金表现出完全抗氧化性，而在900至1000℃时，抗氧化性减弱。同时，合金经历了Al的内氧化和内氮化，内氧化区靠近外氧化膜，内氮化则发生在远离外氧化膜的基体内部。随着温度升高，内氧化和内氮化区域的深度增加，氧化物和氮化物的尺寸也增大。在这些区域附近，Al元素浓度降低，导致r'相分解和贫化。" 这篇论文深入探讨了高Cr镍基合金在高温环境下的氧化和氮化行为。首先，合金在850到1000℃的空气氧化试验中，其表面形成了一层复杂的氧化膜，这层膜由多层不同类型的氧化物构成。外层主要是Al2O3，然后依次是Cr2O3、NiCr2O4、NiAl2O4、Cr2O3和CrTaO4。这种分层结构对于理解合金的抗氧化性能至关重要，因为它决定了合金与环境反应的动态过程。 其次，研究发现，即使在抗氧化膜之下，合金内部仍发生了Al的内氧化和内氮化。内氧化是指合金内部的铝元素与氧气反应，形成氧化铝，这一过程在靠近外氧化膜的区域尤为明显。而内氮化则是铝与氮气反应生成氮化物，这一现象发生在远离氧化膜的基体深处。这两个过程都对合金的微观结构产生了影响，可能导致材料性能的变化。 此外，随着恒温氧化温度的升高，内氧化和内氮化的程度加深，相应的氧化物和氮化物尺寸也增大。这可能会削弱合金的结构稳定性，因为更大的氧化物和氮化物可能造成局部应力集中，影响材料的机械性能。 最后，内氧化物和内氮化物周围的Al贫化区揭示了r'相的分解，这可能与合金的耐腐蚀性和耐热性有关。r'相的分解可能会影响合金的晶界稳定性，进一步影响其在高温环境下的长期使用性能。 该研究对于理解和改善高Cr镍基合金在高温工况下的服役性能具有重要意义，为合金的设计和工艺优化提供了理论依据。