高溫合金的不斷發(fā)展提高了渦輪發(fā)動機的工作溫度。不斷改進,使發(fā)動機性能和效率逐步提高。GH3128合金作為重要的高溫合金之一,是鋼鐵研究的熱點60年代,該所用鎢、鉬、鋁和鉬研制成功該產(chǎn)品Zr和其他元素強化的鎳基變形高溫合金。該合金具有高塑性、良好的抗氧化性和高耐久性。蠕變強度、良好的沖壓和焊接性能等。,可用于制造長時間工作在950℃的航空發(fā)動機火焰筒和加力燃燒室套管pj等零件。
因為高溫合金不能長時間獨立承受高溫和腐蝕需要表面處理來防止或延緩。減緩合金的氧化和腐蝕,延長合金零件的使用壽命,如在合金表面涂覆金屬涂層,或進一步涂覆陶瓷涂層。構(gòu)成熱障涂層等。用于在超級合金上制備涂層的工藝階段,這很復(fù)雜,成本也很高。如果采用預(yù)氧化處理方法,混合物金在使用前,預(yù)先在一定條件下氧化成團。編織一層結(jié)構(gòu)優(yōu)良的保護性預(yù)氧化膜,防止合金在使用過程中的腐蝕氧化,實施起來比較容易,因為它只相當于樣品在一定在熱處理的條件下。研究了Ni C Bu Fe。
700℃空氣預(yù)氧化后合金在高溫氯氣中的腐蝕行為,究了預(yù)氧化的改善鐵表面沉積鋁薄膜的抗氧化性Cr。大氣等離子噴涂Co-32ni.21cr.8a1.0.5y涂層對結(jié)合層雙層熱障涂層進行預(yù)氧化處理,發(fā)現(xiàn)低氣體。加壓預(yù)氧化可以促進A1203在金屬結(jié)合層和陶瓷熱障層上的附著。在它們之間形成致密層并抑制其他有害氧化物的產(chǎn)生,從而涂層的高溫抗氧化性顯著提高。其他關(guān)于通過預(yù)科氧化對提高金屬材料抗高溫氧化或腐蝕的能力非常重要更少,但不同的預(yù)氧化溫度是現(xiàn)有的重要超合金耐熱。關(guān)于循環(huán)氧化性能影響的研究未見報道。這個實驗通過了。對Gh3128合金進行了不同溫度(1100,900,700,500℃)的熱處理。在預(yù)氧化處理條件下,研究了預(yù)氧化溫度對合金FL100耐高溫性能的影響1100℃)循環(huán)氧化性能。
實驗中使用的GH3128高溫合金樣品尺寸為15mm×15mm×2.5mm,其化學(xué)成分F質(zhì)量分數(shù)(%)為20。55Cr、8。70 W、8。26月0日。80鋁、氧、60鐵、0。40 Ti、0. 05Ce,0。06Zr,0。005b和余量的鎳。所有合金樣品都經(jīng)過以下處理相同的機械粗磨和拋光處理,具有相同的表面粗糙度。將具有相同初始狀態(tài)的四組合金樣品分別置于1100、900,00℃和500℃,另一組不做處理。預(yù)氧化樣品。預(yù)氧化處理過程:合金樣品在大氣環(huán)境中,將爐子加熱到所需的預(yù)氧化溫度,并保持該溫度1小時升溫后,隨爐冷卻至室溫。樣品預(yù)氧化后,采用Panalytical x' pertpro x射線衍射儀(XRD)(銅Kot)分析其表面相結(jié)構(gòu),用HITACHIS-3400掃描電子顯微鏡(SEM)觀察其表面形貌,并用能譜進行表征EDAX被用來探測重要區(qū)域的成分。
對預(yù)氧化樣品進行高溫循環(huán)氧化試驗,實驗如下:馬弗爐加熱到1100℃后,放置樣品在爐中,等待1小時后,取出空冷10分鐘,稱取樣品質(zhì)量,然后放入爐中,依次循環(huán),得到樣品的循環(huán)氧化動力學(xué)。機械數(shù)據(jù)。高溫氧化試驗后,XRD分析有所不同表面氧化產(chǎn)物的相組成。
顯示在不同溫度下預(yù)氧化的gh3128合金。背面的Sem圖像。從圖1a和1b可以看出,當預(yù)氧化溫度當溫度為1100℃時,合金表面原始晶粒內(nèi)部區(qū)域變得致密。粒度為1 ~ 2微米的均勻預(yù)氧化膜;和諧相處金表面原晶界處形成的氧化物成分沿晶界呈網(wǎng)狀。突起的分布。對圖1b中的L和2進行EDAX分析,結(jié)果列于表1中。從表1中列出的EDAX分析結(jié)果可以看出,合金表面形成的預(yù)氧化膜主要被Cr、Ti和Ni氧化。這里,因為二次電子束在EDAX測試期間穿透氧化膜,所以測得的Ni元素含量較高,其中含有合金基體中的一些元素。
但可以斷定,合金表面的原始晶粒的內(nèi)部區(qū)域氧化膜含有非常少的鈦;和合金表面原始晶界處的氧但是突起中Ti的含量很高,Cr的含量也增加很多。從這個角度來看,GH3 128合金預(yù)氧化處理過程中的熱量Ti和Cr原子在合金表面晶界的偏聚加劇,晶界的氧化在高溫下加速,因此在預(yù)氧化處理完成后晶界處的氧化物形成突起。從圖1a可以看出,合金表面是原始的。晶界處有氧化物突起,晶內(nèi)區(qū)域有平坦的氧化物。少數(shù)微裂紋主要在晶界處的氧化物中形成。主要是ti和Cr氧化物,而晶內(nèi)區(qū)域的氧化物包含Ti是稀有的,主要是Cr和Ni的氧化物,以及它們的熱膨脹系數(shù)。差別很大,導(dǎo)致熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生微裂紋。這此外,由于Ti和Cr原子的偏析,合金的原始晶界被氧化。速率遠高于原晶內(nèi)區(qū),也會造成原晶界處的氧化物原始晶內(nèi)區(qū)域中凸塊和氧化膜之間的熱應(yīng)力失配,從而進一步一個步驟促進了微裂紋的產(chǎn)生。這種微裂紋在循環(huán)中被氧化會加速氧化膜的局部剝落失效,應(yīng)盡量避免。
當預(yù)氧化溫度為900℃時,從圖1c和1d可以看出,合金表面原始晶粒內(nèi)部區(qū)域也形成致密均勻的氧化薄膜,氧化膜的晶粒尺寸為100-500納米;也在合金表面上沿原始晶界有網(wǎng)狀分布的氧化物突起,但突起過程該程度非常小,這可以從圖1d中看出,并且與合金表面的原始晶體中的程度持平。整個氧化物差異非常小。結(jié)果表明,預(yù)氧化處理在900℃進行加熱促進了Ti和Cr原子沿合金表面晶界的偏析。這種推進作用遠小于1100℃預(yù)氧化處理的效果。因此,請避免為了避免1100℃預(yù)氧化處理后合金原始晶界上的氧化膜該處的微裂紋等缺陷降低了氧化膜的循環(huán)氧化過程失敗的可能因素。
當預(yù)氧化溫度為700℃時,從圖1e和1f可以看出在金表面的原始晶界上有突起的析出相和相應(yīng)的氧化物,在合金表面原始晶粒的內(nèi)部區(qū)域形成氧化膜,但是這種氧化薄膜的生長并不,晶粒難以分辨,可以推測其厚度也很小。當預(yù)氧化溫度為500℃時,從圖1g,1h可以看出,合金表面原始晶界處有突出的不連續(xù)析出相;合金桌子即使從圖LH看,原始晶粒的內(nèi)部區(qū)域也沒有明顯的氧化膜可以看出,在一些原始晶內(nèi)區(qū)域也存在沉淀相。
圖2顯示了在不同溫度下預(yù)氧化處理后的GH3 128合金的表面的Xrd光譜。從圖中可以看出,當預(yù)氧化溫度為1100℃時除了被檢測的基體Y-Ni外,樣品表層的氧化物主要是cr203,還有少量ni (cr204)。y-ni在這里的存在是因為氧化膜很薄,X射線會穿透氧化膜,在檢測時被檢測出來。合金基體的相。當預(yù)氧化溫度為900℃時,樣品表除檢測到的Y-Ni基體外,氧化物為Cr 203。當預(yù)氧化溫度為700時,樣品表層檢測到Cr20,而900℃時檢測到Cr20在100℃預(yù)氧化時減少.當預(yù)氧化溫度為500℃時Cr,O,,在圖譜中幾乎檢測不到。
圖3顯示了不同溫度下預(yù)氧化處理后的GH 3128。以及未經(jīng)預(yù)氧化處理的金原始合金在1100℃的氧化體重增加。循環(huán)次數(shù)(時間)動態(tài)曲線。從圖中可以看出,對于未經(jīng)預(yù)氧化處理的合金在循環(huán)氧化試驗中增加。它隨著重循環(huán)的次數(shù)而急劇上升。在不同溫度下預(yù)氧化后,GH3128合金的氧化有一個孕育期氧化增重顯示出非常緩慢的線性增長;然后氧化增重明顯增加,總體呈現(xiàn)二次增長趨勢。
在實驗過程中發(fā)現(xiàn),未經(jīng)預(yù)氧化處理的合金經(jīng)第四次循環(huán)氧化試驗后,表面氧化皮明顯開裂失敗,所以該樣品的循環(huán)氧化試驗已經(jīng)結(jié)束。當氧化溫度為1100℃時,樣品處于循環(huán)氧化試驗過程中。有一定的潛伏期,但不明顯。10次試驗后,樣品表面的氧化皮有輕微的局部剝落。當預(yù)氧化溫度為在900℃時,在第7次循環(huán)氧化試驗之前,樣品的在培養(yǎng)期間,氧化動力學(xué)曲線幾乎是平坦的,然后是測試過程僅出現(xiàn)輕微的重量增加,并且在10個循環(huán)的氧化測試后進行嘗試。樣品表面的氧化層沒有出現(xiàn)任何開裂和剝落,表現(xiàn)出良好的性能。
抗高溫循環(huán)氧化性能
當預(yù)氧化溫度為700℃時,樣品在循環(huán)氧化試驗過程中的潛伏期也很明顯,但在后期試驗中,氧化重量明顯增加,試驗結(jié)束后,試樣表面氧化后的皮膚松散,容易剝落。當預(yù)氧化溫度為500℃時,試在樣品的循環(huán)氧化試驗中也有潛伏期,但與900而在700℃預(yù)氧化的樣品要短得多,在氧化后期進行測試。氧化過程中,增重急劇增加,試驗后樣品表面氧化皮膚松弛,部分脫皮。
圖4顯示了在不同溫度下預(yù)氧化的gh3128合金1100℃循環(huán)氧化試驗后表面的Xrd譜。當合金當樣品未經(jīng)預(yù)氧化時,經(jīng)過四次循環(huán)氧化試驗后,表面的氧化產(chǎn)物主要是NiO、Ni (Cr 204)、NiW 04和鎳(M004).預(yù)氧化溫度為1100℃時,經(jīng)歷循環(huán)氧化。經(jīng)測試,樣品表面的氧化產(chǎn)物主要是NiO和Ni (Cr20。),其他的還有幾個niw04和ni (m004)。當預(yù)氧化溫度為900℃時,循環(huán)氧化試驗后,試樣表面的氧化產(chǎn)物主要是Cr、O、和少量不含含w或mo的復(fù)合氧的ni(cr2o 4)化合物。當預(yù)氧化溫度為700℃時,循環(huán)氧化試驗后,樣品表面的氧化產(chǎn)物主要是NiO,Ni (Cr 204)和NiW 04,此外,還有少量的Ni (M004)和Cr 203。當預(yù)氧化溫度為500℃時循環(huán)氧化試驗后,樣品表面的氧化產(chǎn)物主要是NiO以及少量的niw O3、ni (m004)和cr203。
上述樣品在循環(huán)氧化試驗后的循環(huán)氧化動力學(xué)表面結(jié)構(gòu)的差異主要是由于預(yù)氧化過程。有兩種作用,即元素Cr在合金表面的選擇性氧化和元素Ti、Cr在合金中晶界偏聚的加劇,而這兩種作用不是綜合效應(yīng)與氧化前溫度下不同,決定了樣品的電阻。高溫循環(huán)氧化性能的差異。當預(yù)氧化溫度為1100℃時,溫度從室溫升至1100℃,并在此溫度下進行預(yù)氧化。
在該過程中,合金表面元素的選擇性氧化需要很長時間,并且因為高溫和嚴重氧化形成一層厚的保護性氧化膜一是有利于提高樣品的高溫循環(huán)抗氧化性;另一個呢一方面,在該溫度下,合金元素Ti和Cr在晶界的偏析增加劇的程度也很大,而且加速了晶界氧化物的形成,和原來不一樣晶內(nèi)區(qū)形成的Cr203保護膜存在于高溫循環(huán)過程中。熱應(yīng)力的不匹配容易導(dǎo)致原晶內(nèi)區(qū)域氧化膜的剝離失效。因此,當在1100℃的高溫下進行預(yù)氧化時,雖然合金的表面是穩(wěn)定的保護性預(yù)氧化膜較厚,但合金原始晶界處的微裂紋等。存在許多缺陷,制約了樣品抗高溫循環(huán)氧化性能的提高。當預(yù)氧化溫度為900℃時,合金表面元素具有氧選擇性形成的保護性預(yù)氧化膜已經(jīng)達到良好的水平,并且處于在此溫度下,合金元素Ti和Cr的晶界偏聚沒有加劇預(yù)氧化后,合金原始晶界處的缺陷水平不高。因為在900℃高溫預(yù)氧化時,樣品能抵抗高溫循環(huán)氧。
化學(xué)性能比較好樣品在700℃預(yù)氧化后,雖然Ti和Cr在合金原始晶界處的晶界偏聚加劇程度不大,但在此溫度下保護性預(yù)氧化膜的形成并不*。4因此,其抗高溫循環(huán)氧化性能不如900℃預(yù)氧化操控性好。當預(yù)氧化溫度為500℃時,雖然合金元素Ti、Cr在合金原始晶界上偏析造成的缺陷很少,但同時被預(yù)氧化幾乎不形成膜,因此其對高溫循環(huán)氧化的耐受性不佳理想。
1)在合適的溫度下進行預(yù)氧化處理,可以有效提高產(chǎn)品質(zhì)量gh3128合金的高溫循環(huán)氧化性能。2) GH3128合金經(jīng)預(yù)氧化處理后能抵抗高溫循環(huán)氧化這種表現(xiàn)主要取決于兩種效應(yīng)的綜合作用,其一是表面元素鉻的選擇性氧化形成致密均勻的保護預(yù)氧化膜,提高樣品的高溫抗氧化性;第二種是合金中元素Ti和Cr的晶界偏聚加劇,加速晶界氧化和生成。微裂紋等缺陷,降低了樣品的高溫循環(huán)抗氧化性在1 900℃預(yù)氧化的Gh3128合金性能最好耐高溫循環(huán)氧化。在該溫度下預(yù)氧化后,其表面形狀成致密均勻的cr203薄膜,在此溫度下,合金元素ti,Cr的晶界偏析不大,能抵抗高溫循環(huán)氧化性能的破壞用弱一點的。