Fe-Cr-Si合金高温氧化行为研究

发布时间：2020-07-14 12:52

【摘要】：本文以Fe-5Cr-0.2Si钢和Fe-10Cr-0.2Si钢为研究对象,使用热重分析仪(TGA)研究了两种钢种在空气气氛下的高温氧化行为,通过分析氧化动力学规律,计算出钢种的氧化速率常数和激活能,来比较实验钢种的抗氧化能力,并分析不同氧化温度下钢种的氧化皮结构。采用管式电阻炉研究了实验钢种在空气中不同时间下的氧化行为,通过氧化皮结构分析钢种的内外氧化转变机理。通过TGA研究实验钢种在含水蒸气气氛中的氧化行为,并观察水蒸气对氧化皮结构的影响。5Cr钢和10Cr钢在空气气氛中氧化60min的氧化动力学遵循线性规律,通过建立氧化动力学模型可以得出,5Cr钢的激活能为114.0099KJ/mol,10Cr钢的激活能为235.3028KJ/mol,10Cr钢的抗氧化性更强。两个钢种的氧化皮为双层结构:Fe氧化物组成的外层及富Cr氧化物的内层。氧化皮中的Cr_2O_3与空气中氧发生反应生成气态的CrO_3使富Cr层挥发,随着氧化温度的增加,挥发愈严重,导致内层与外层界面附近出现大量的孔洞。经过1000℃的等温氧化发现:随着时间的增加,氧化皮增厚。在高达180min的氧化时间里,5Cr钢的氧化动力学遵循类线性规律,而10Cr钢的动力学遵循类抛物线规律。Cr含量的增加导致表面氧化皮对离子双向扩散的阻力加大,使氧化皮更具有保护性,离子通过氧化皮的扩散的速率变小。较小的离子扩散速率导致10Cr钢的氧化皮/基体界面相对于5Cr钢平整。水蒸气的存在导致氧化皮出现多孔的外层,孔洞延续到Fe_3O_4内部,这些孔洞对水蒸气向内扩散提供了有利的通道。随着Cr含量的增加,钢种的动力学由线性规律向抛物线规律转变所需的温度增大,5Cr钢在800℃和900℃氧化60min时遵循线性规律,在1000℃、1100℃和1200℃遵循抛物线规律。10Cr钢在1000℃氧化60min仍遵循线性规律,在1100℃下前1100s的氧化时间里遵循线性规律,随后遵循抛物线规律,在1200℃时氧化速率遵循抛物线规律。在高温高氧分压条件下,富Cr的内层与水蒸气发生反应生成氢氧根化合物,导致抗氧化的内层失效。
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG142.1

【参考文献】