EB-PVD制备NiCrAlCo合金薄板高温氧化行为研究

论文摘要

本文研究了采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）制备厚度为0.3mm的Ni12.9Cr7.8A16.5Co合金薄板在800℃真空退火16h后的900℃和1000℃不同时间的恒温氧化以及1000℃循环氧化行为。利用热重分析法、XRD和SEM（EDS）分别分析了合金薄板的氧化动力学、氧化物物相以及表面氧化形貌,提出了氧化机理,并对合金薄板高温氧化剥落形貌和失效行为做出了进一步的分析,提出了计算循环最佳服役条件的Ni12.9Cr7.8A16.5Co合金薄板在高温氧化过程中具有剥落现象的氧化物重量变化计算公式。研究结果表明,Ni12.9Cr7.8A16.5Co合金在900℃下的恒温氧化动力学符合3次抛物线型规律,其氧化速率常数为k11=2.40×10-4mg3/cm6·s。1000℃下的恒温氧化动力学符合2次抛物线型规律,其氧化速率常数为k12=3.72×10-6mg2/cm4·s。1000℃下的循环氧化动力学符合2次抛物线型规律,其氧化速率常数为kC=1.14×10-5mg2/cm4·s。合金基板面极易形成致密氧化膜,而沉积面需较长时间才形成致密保护膜,基板面侧为Cr、O、Al等元素原子的短路扩散（晶界扩散）以及他们的离子和电子经由氧化物层扩散共同作用的机制。而沉积面则认为是Cr、Al原子晶内扩散（主要）+晶界扩散和Cr、O、Al等离子及电子经由氧化物层扩散共同作用的机制。沉积面以θ-Al2O3为主的氧化物层不仅薄而且比基板面Cr2O3为主的氧化物层致密,也不会存在基板面中那样很宽的内氧化过渡区,更能够阻止O向内的扩散,具有较好的抗氧化特性,以晶界缺陷加氧化物Cr2O3为主的氧化物层的抗氧化远不如针状θ-Al2O3为主的θ-Al2O3和Cr2O3混合氧化物层。合金薄板基板面氧化膜受挤压破坏和拉伸破坏的表面形貌差异并不十分明显,基板面的Cr2O3氧化膜层屈曲破坏会出现孔洞或被挤压隆起,出现孔洞和隆起后的位置能迅速形成氧化膜。沉积面氧化膜受压应力屈曲破坏时属于高温塑性变形+低温脆性破坏,而受拉应力破坏时会开裂,开裂后裸露的部分仍然形成一层较好的氧化膜。合金薄板作为高温结构材料时,沉积面应尽量希望是拉应力的工作环境中,基板面则无需考虑。这种最佳服役条件的Ni12.9Cr7.8A16.5Co合金薄板在高温氧化过程中具有剥落现象的氧化物重量变化为:（?）

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 镍基高温合金及其研究现状
• 1.1.1 镍基高温合金
• 1.1.2 镍基高温合金研究现状
• 1.2 电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术
• 1.2.1 EB-PVD技术主要影响因素
• 1.2.2 EB-PVD技术应用及其研究进展
• 1.3 高温氧化
• 1.3.1 高温氧化的基本过程及其影响因素
• 1.3.2 高温氧化的理论基础
• 1.4 选题意义及主要研究内容
• 第2章 实验材料制备与研究方法
• 2.1 Ni12.9Cr7.8Al6.5Co合金薄板制备及处理
• 2.2 高温氧化实验
• 2.2.1 恒温氧化实验
• 2.2.2 循环氧化实验
• 2.3 相组成及微观组织分析
• 2.3.1 XRD分析
• 2.3.2 微观组织分析
• 第3章 Ni12.9Cr7.8Al6.5Co合金薄板恒温氧化行为
• 3.1 900℃恒温氧化行为
• 3.1.1 氧化动力学
• 3.1.2 表面氧化物物相分析
• 3.1.3 氧化表面形貌
• 3.2 1000℃恒温氧化行为
• 3.2.1 氧化动力学
• 3.2.2 表面氧化物物相分析
• 3.2.3 氧化表面形貌
• 3.3 本章小结
• 第4章 Ni12.9Cr7.8Al6.5Co合金薄板循环氧化行为
• 4.1 氧化动力学
• 4.2 表面氧化物物相分析
• 4.3 氧化表面形貌
• 4.3.1 基板面侧氧化后形貌
• 4.3.2 沉积面侧氧化后形貌
• 4.4 本章小结
• 第5章 Ni12.9Cr7.8Al6.5Co合金高温氧化机理与失效分析
• 5.1 Ni12.9Cr7.8Al6.5Co合金氧化机理
• 5.1.1 合金氧化的理论基础
• 5.1.2 Ni12.9Cr7.8Al6.5Co合金氧化机理
• 5.2 Ni12.9Cr7.8Al6.5Co合金薄板氧化失效分析
• 5.2.1 氧化物自由剥落分析
• 5.2.2 薄板屈曲破坏行为
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文和取得的科研成果
• 致谢