含稀土元素Ni-10Cr-5Al合金高温氧化行为研究

发布时间：2018-06-26 14:33

  本文选题：NiCrAl合金 + 稀土　； 参考：《江西理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：Ni-Cr-Al系合金作为重要的镍基高温合金之一,凭借其优异的高温力学性能和良好的高温抗氧化性能,常用于新型航空发动机的基础材料等。通常稀土元素的添加被认为能改善合金的抗氧化性能,但是添加量少则效果有限,过量又反而恶化合金抗氧化性能,因此,本文研究了含微量不同稀土的Ni-10Cr-5Al(wt.%)合金的高温氧化行为及其机理。本文通过单一添加及复合添加0.1wt%的Y、La、Ce三种稀土,制备了7组不同成分的合金。采用热重法绘制了合金在不同温度下的恒温氧化动力学(900 ℃、1000 ℃、1100 ℃)及循环氧化动力学(1100 ℃、1200 ℃),从氧化膜的生长速率及附着性综合评价了合金的抗氧化性能,并揭示合金氧化过程中所遵循的氧化规律。通过分析合金表面氧化物的物相、微观形貌以及氧化层元素含量分布等变化规律,理清稀土元素对合金的氧化行为的影响规律。在此基础上,提出了Ni-10Cr-5Al-RE合金的高温氧化机制及稀土元素的作用机理。研究结果表明,经900 ℃~1100 ℃高温恒温氧化200 h,合金的氧化规律由直线规律(暂态氧化阶段)转变为抛物线规律(稳态氧化阶段)。稀土的加入不仅能缩短暂态氧化阶段,降低稳态氧化阶段的氧化速率,同时又可以减少表面氧化层的剥落,有效增强了合金的高温抗氧化性能。对于循环氧化过程,加入稀土后在1100 ℃时因生成更薄的氧化层及楔形内氧化物提高了合金氧化层的附着性,但在1200 ℃时却因严重的沿晶界内氧化反而加快了合金氧化层的剥落。此外,在1000 ℃时,原始合金的表面氧化物呈整体逐步向合金内生长;而添加0.1%稀土合金的氧化膜在晶界处富稀土相“优先”生长,率先在晶界形成内氧化物,并由晶界处逐渐向晶内表面区域扩展覆盖整个合金表面。合金添加0.1%稀土后,一方面有助于Al元素的选择性氧化,在氧化初期有助于θ-Al_2O_3的形核生长,并在氧化中后期更早的形成连续保护性的内Al_2O_3层,既减缓了合金的氧化速率,又降低表面氧化层的厚度;另一方面,适量的内氧化物会对表面氧化膜起到“钉扎效应”,增强了氧化层的附着性。另外,Y元素有利于θ-Al_2O_3向α-Al_2O_3的转变和尖晶石相的生成;La相比于Y而言,还对NiO的生长也有一定积极作用;而添加Ce后在表面氧化膜中生成CeO2,促进了表面氧化物的形核与长大,使得表面氧化膜更厚且保留更多保护作用差的θ-Al_2O_3。
[Abstract]:As one of the important nickel-base superalloys, Ni-Cr-Al alloys are often used as basic materials of new aeroengines due to their excellent high temperature mechanical properties and good high temperature oxidation resistance. In general, the addition of rare earth elements is considered to improve the oxidation resistance of the alloy, but the effect is limited when the addition is small, and the oxidation resistance of the alloy is aggravated by excessive addition. The high temperature oxidation behavior and mechanism of Ni-10Cr-5Al (wt.%) alloy containing trace rare earths have been studied in this paper. In this paper, seven groups of alloys with different compositions were prepared by single addition and adding 0.1 wt% Yitao LaCe. The thermogravimetric method was used to draw the thermostatic oxidation kinetics (900 鈩，

本文编号：2070697