含稀土元素Ni-10Cr-5Al合金高溫氧化行為研究.pdf

1、Ni-Cr-Al系合金作為重要的鎳基高溫合金之一，憑借其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和良好的高溫抗氧化性能，常用于新型航空發(fā)動機的基礎(chǔ)材料等。通常稀土元素的添加被認(rèn)為能改善合金的抗氧化性能，但是添加量少則效果有限，過量又反而惡化合金抗氧化性能，因此，本文研究了含微量不同稀土的Ni-10Cr-5Al(wt.%)合金的高溫氧化行為及其機理。
　　本研究通過單一添加及復(fù)合添加0.1wt%的Y、La、Ce三種稀土，制備了7組不同成分的合金。采用熱重

2、法繪制了合金在不同溫度下的恒溫氧化動力學(xué)(900℃、1000℃、100℃)及循環(huán)氧化動力學(xué)(1100℃、1200℃)，從氧化膜的生長速率及附著性綜合評價了合金的抗氧化性能，并揭示合金氧化過程中所遵循的氧化規(guī)律。通過分析合金表面氧化物的物相、微觀形貌以及氧化層元素含量分布等變化規(guī)律，理清稀土元素對合金的氧化行為的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，提出了 Ni-10Cr-5Al-RE合金的高溫氧化機制及稀土元素的作用機理。結(jié)果表明，經(jīng)900℃～1100

3、℃高溫恒溫氧化200 h，合金的氧化規(guī)律由直線規(guī)律（暫態(tài)氧化階段）轉(zhuǎn)變?yōu)閽佄锞€規(guī)律（穩(wěn)態(tài)氧化階段）。稀土的加入不僅能縮短暫態(tài)氧化階段，降低穩(wěn)態(tài)氧化階段的氧化速率，同時又可以減少表面氧化層的剝落，有效增強了合金的高溫抗氧化性能。對于循環(huán)氧化過程，加入稀土后在1100℃時因生成更薄的氧化層及楔形內(nèi)氧化物提高了合金氧化層的附著性，但在1200℃時卻因嚴(yán)重的沿晶界內(nèi)氧化反而加快了合金氧化層的剝落。此外，在1000℃時，原始合金的表面氧化物呈整體

4、逐步向合金內(nèi)生長；而添加0.1%稀土合金的氧化膜在晶界處富稀土相“優(yōu)先”生長，率先在晶界形成內(nèi)氧化物，并由晶界處逐漸向晶內(nèi)表面區(qū)域擴展覆蓋整個合金表面。合金添加0.1%稀土后，一方面有助于 Al元素的選擇性氧化，在氧化初期有助于θ-Al2O3的形核生長，并在氧化中后期更早的形成連續(xù)保護性的內(nèi)Al2O3層，既減緩了合金的氧化速率，又降低表面氧化層的厚度；另一方面，適量的內(nèi)氧化物會對表面氧化膜起到“釘扎效應(yīng)”，增強了氧化層的附著性。另外，Y