Cr20Ni80合金电加热过程形成的氧化膜结构与机理分析

发布时间：2019-04-15 15:38

【摘要】：Cr20Ni80合金是N i-C r系电热合金中的典型代表,因其具有高的熔点、稳定的电阻率、较强的抗高温氧化能力、以及良好的室温力学性能和高温力学性能、长的使用寿命等诸多优点而被广泛应用到机械、冶金、工业用炉等领域。由于Cr20Ni80电热合金特殊的工作环境,决定了高温抗氧化性是它的最重要的性能,所以国内外对镍基电热合金抗氧化性进行了多方面的研究,但这些研究都是采用在加热炉内加热氧化的方法,与电热合金使用时自身电加热的实际情况不相符。炉内加热时电热合金温度是从外部传输到合金内部的,但电加热时电热合金是发热体,温度由合金向周围传输,两者的温度场分布可能存在差异。本文采用自制的电热合金电加热研究装置研究了Cr20Ni80合金的高温氧化过程。Cr20Ni80合金电热元件的使用温度是950~1100℃,实验室一般采用提高温度的加速实验测定其使用寿命,国标《GB/T 1234-2012高电阻电热合金》规定的Cr20Ni80电热合金的快速寿命测定温度为1200℃。所以本文在1200℃下测试Cr20Ni80电热合金丝的快速寿命,绘制电阻随时间变化曲线,根据这条曲线,选取在1200℃下通电加热不同时间段的Cr20Ni80电热合金丝表面氧化膜的形貌与成分进行分析,同时还选取900-1100℃温度范围的恒温氧化实验,分析在不同加热温度下的Cr20Ni80电热合金丝表面氧化膜的差异,初步探究Cr20Ni80合金的氧化机理。实验结果表明:Cr20Ni80合金在1200℃下的通电氧化符合氧化过程的三阶段理论,在快速氧化阶段,合金表面氧化膜主要由Ni的氧化物NiO和Cr的氧化物Cr2O3组成,并且N iO和C r2O3会发生固相反应生成N iC r2O4覆盖在基体的表面;在稳态氧化阶段,合金表面氧化膜主要由致密的Cr2O3组成,降低基体的氧化速度;在失稳阶段,由于氧化膜中应力的存在,导致外层氧化膜大量剥落,露出疏松多孔的内氧化膜,基体又将发生快速氧化,此时,Cr20Ni80电热合金丝即将断裂。对Cr20Ni80电热合金丝熔断断口进行形貌观察和成分分析,可以认为加工过程中残留合金中的气孔和杂质是合金丝失效的重要原因。Cr20Ni80电热合金丝在不同温度下通电加热时,发现随着温度的提高,合金表面氧化膜中Cr含量也相应提高,说明随着温度的提升,金属离子的扩散速率也会相应增加。
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【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4;TG132.3

【参考文献】

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本文编号：2458274