高熵合金Al_xCoCrFeNi在超临界水中氧化行为的研究
发布时间：2019-10-12 16:10
【摘要】：电力行业是国民支柱性行业,随着超超临界发电机组蒸汽参数的日益提高,锅炉材料的运行环境愈发恶劣,人们对锅炉材料的高温机械性能和抗氧化性能提出了更高的要求。因此,不断开发具有优异的高温性能的材料是促进发电机组工作效率提高的关键。有报道指出,高熵合金在高温空气中具有良好的抗氧化性能。但是,目前还未见到与高熵合金在超临界水中氧化行为相关的报道。因此,本文对高熵合金AlxCoCrFeNi(x=0.15,0.4,0.6,0.8,分别命名为Al0.15,Al0.4,Al0.6,Al0.8)在600℃/25MPa超临界水中的氧化行为进行了研究。并探讨了氧化环境、合金元素的种类及含量和氧化膜的结构及成分对合金抗氧化性能的影响。研究发现：在600℃/25MPa超临界水中氧化100～400h后,Alx(x=0.15,0.4,0.6,0.8)表面形成双层氧化膜。内层氧化膜由NiCr2O4、CoCr2O4和Fe(Cr,Al)2O4组成,而外层氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeCr2O4和CoCr2O4组成。随着氧化时间的延长,Alx表面氧化物颗粒尺寸和氧化膜厚度均增加,外层氧化膜的致密性降低；随着合金Alx中Al含量的升高,其表面氧化物颗粒尺寸和氧化膜厚度减小,而内层氧化膜内的Al含量和外层氧化膜的致密性均升高。合金的抗氧化性能与氧化环境有关。在600℃空气中氧化400h后,高熵合金Alx(x=0.15,0.4)表面形成双层氧化膜。内层氧化膜由NiCr2O4、Fe(Cr,Al)2O4组成,而外层氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和CoCr2O4组成。比较Alx(x=0.15,0.4)在两种氧化环境中的氧化行为发现：Alx在空气中的抗氧化性能明显大于其在超临界水中的抗氧化性能。合金的抗氧化性能还与合金元素的种类及含量有关。在600℃/25MPa超临界水中氧化400h后,Super304H和P92表面分别形成了双层和三层氧化膜。Super304H的内层氧化膜和P92的内、中层氧化膜由Fe3O4和FeCr2O4组成,而Super304H和P92的外层氧化膜均由Fe2O3和Fe3O4组成。高熵合金Alx(x=0.15,0.4,0.6,0.8)、Super304H和P92在超临界水中的抗氧化性能排序为：Al0.8Al0.6Al0.4Al0.15Super304HP92.最后,合金的抗氧化性能还依赖于其表面已形成的氧化膜的结构和成分。氧化膜厚度、完整性及氧化膜内富Al氧化物含量的增加均可以提高其对合金的保护性能,而氧化膜内孔洞数量的增加会降低氧化膜的保护性能。对于高熵合金Alx(x=0.15,0.4,0.6,0.8)在600℃/25MPa超临界水中形成的氧化膜而言,其氧化膜的保护性受到以上四种因素的共同影响,并且其表面氧化膜对合金的保护性主要来自于内层氧化膜。
【图文】：
逦高摘合金ＡｌｘＣｏＣｒＦｅＮｉ在超临界水中氧化行为的研宄逦逡逑因此，高熵合金的高混合摘值会使得固溶体和金属间化合物的溶解度增加，从而造成合逡逑金中简单固溶体的形成。逡逑（２）晶格畸变效应逡逑由于高熵合金一般为简单固溶体相结构，因此传统的晶体结构概念可以从一元或二逡逑元合金延伸到多主元合金中。图１．１为一个五元合金的ＢＣＣ和ＦＣＣ晶体结构［２７］。由图逡逑可以看出，每个原子都会占据一个ＦＣＣ或ＢＣＣ点阵中的阵点位置，因此高熵合金中所逡逑有原子都是溶质原子。而由于这些溶质原子的原子半径差异较大，从而造成高炮合金的逡逑晶格发生严重的扭曲和畸变。为了保持原有的晶格结构（ＦＣＣ或ＢＣＣ），这种晶格扭曲逡逑会造成合金的晶格畸变能大大增加，从而影响合金材料的机械、热、电、光学以及化学逡逑行为，这也就是所谓的晶格畸变效应。晶格畸变效应可以用来解释高滴合金的高强度，逡逑特别是具有ＢＣＣ结构的高熵合金［２２，２８，２９］。逡逑
Ｆｉｇ．邋１．７邋ＥＤＳ邋ｍａｐｓ邋ｏｆ邋（ａ）邋Ｔｉ；邋（ｂ）邋Ｔａ，邋ａｎｄ邋（ｃ）邋Ｃｒ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｈａｓｅｓ．邋Ｔｈｅ邋ｄａｒｋｅｒ邋ａｎｄ邋ｌｉｇｈｔｅｒ邋ｒｅｇｉｏｎｓ逡逑ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ邋ｔｏ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，邋ｌｏｗｅｒ邋ａｎｄ邋ｈｉｇｈｅｒ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ⑴逡逑图１．８为ＮｂＣｒＭｏｏ＿５Ｔａｏ．５ＴｎＺｒ高熵合金在ｌＯＯＣＴＣ流动空气中的氧化动力学曲线。由逡逑图可以看出，ＮｂＣｒＭｏｏ．５Ｔａｏ．５ＴｉＺｒ高熵合金的氧化动力学曲线呈抛物线规律。在前１５００ｓ，逡逑合金的氧化速率非常快，这是因为合金表面还未形成完整的氧化层，氧化行为由氧气／逡逑合金界面的界面反应控制。氧化时间在１５００￣３６００ｓ范围内时，合金的氧化速率降低，逡逑合金表面覆盖了一层完整的氧化膜，此时合金的氧化行为受氧化膜内氧气的扩散速率控逡逑制。氧化完成后，合金表面形成多种氧化物，只有局部合金元素发生了重新分布，，这一逡逑结果说明氧化过程中合金的扩散速率非常缓慢。另外，氧化过程中ＢＣＣ１相中Ｍｏ的氧逡逑化物的挥发造成了氧化膜内Ｍｏ元素浓度的降低，并在ＢＣＣ１相内形成微孔，促进氧气逡逑的扩散
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
本文编号：2548152
【图文】：
逦高摘合金ＡｌｘＣｏＣｒＦｅＮｉ在超临界水中氧化行为的研宄逦逡逑因此，高熵合金的高混合摘值会使得固溶体和金属间化合物的溶解度增加，从而造成合逡逑金中简单固溶体的形成。逡逑（２）晶格畸变效应逡逑由于高熵合金一般为简单固溶体相结构，因此传统的晶体结构概念可以从一元或二逡逑元合金延伸到多主元合金中。图１．１为一个五元合金的ＢＣＣ和ＦＣＣ晶体结构［２７］。由图逡逑可以看出，每个原子都会占据一个ＦＣＣ或ＢＣＣ点阵中的阵点位置，因此高熵合金中所逡逑有原子都是溶质原子。而由于这些溶质原子的原子半径差异较大，从而造成高炮合金的逡逑晶格发生严重的扭曲和畸变。为了保持原有的晶格结构（ＦＣＣ或ＢＣＣ），这种晶格扭曲逡逑会造成合金的晶格畸变能大大增加，从而影响合金材料的机械、热、电、光学以及化学逡逑行为，这也就是所谓的晶格畸变效应。晶格畸变效应可以用来解释高滴合金的高强度，逡逑特别是具有ＢＣＣ结构的高熵合金［２２，２８，２９］。逡逑
Ｆｉｇ．邋１．７邋ＥＤＳ邋ｍａｐｓ邋ｏｆ邋（ａ）邋Ｔｉ；邋（ｂ）邋Ｔａ，邋ａｎｄ邋（ｃ）邋Ｃｒ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｈａｓｅｓ．邋Ｔｈｅ邋ｄａｒｋｅｒ邋ａｎｄ邋ｌｉｇｈｔｅｒ邋ｒｅｇｉｏｎｓ逡逑ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ邋ｔｏ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，邋ｌｏｗｅｒ邋ａｎｄ邋ｈｉｇｈｅｒ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ⑴逡逑图１．８为ＮｂＣｒＭｏｏ＿５Ｔａｏ．５ＴｎＺｒ高熵合金在ｌＯＯＣＴＣ流动空气中的氧化动力学曲线。由逡逑图可以看出，ＮｂＣｒＭｏｏ．５Ｔａｏ．５ＴｉＺｒ高熵合金的氧化动力学曲线呈抛物线规律。在前１５００ｓ，逡逑合金的氧化速率非常快，这是因为合金表面还未形成完整的氧化层，氧化行为由氧气／逡逑合金界面的界面反应控制。氧化时间在１５００￣３６００ｓ范围内时，合金的氧化速率降低，逡逑合金表面覆盖了一层完整的氧化膜，此时合金的氧化行为受氧化膜内氧气的扩散速率控逡逑制。氧化完成后，合金表面形成多种氧化物，只有局部合金元素发生了重新分布，，这一逡逑结果说明氧化过程中合金的扩散速率非常缓慢。另外，氧化过程中ＢＣＣ１相中Ｍｏ的氧逡逑化物的挥发造成了氧化膜内Ｍｏ元素浓度的降低，并在ＢＣＣ１相内形成微孔，促进氧气逡逑的扩散
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 ;Minor alloying behavior in bulk metallic glasses and high-entropy alloys[J];Science in China(Series G:Physics,Mechanics & Astronomy);2008年04期
本文编号：2548152
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2548152.html
教材专著
