渗铝涂层对Cr20Ni80电热合金抗氧化性能研究及失效分析

发布时间：2021-03-10 19:46

　　Cr20Ni80合金是镍铬系电热合金中最为重要的牌号之一,在家用电器、工业热处理炉等电加热领域被广泛使用。由于Cr20Ni80合金从室温到熔点组织不发生相变,一直为单一的奥氏体组织,这就使得Cr20Ni80合金的各项性能稳定,具有优良的综合性能,如通电加热过程中电阻率稳定、合金熔点高、热膨胀系数较小、高温抗氧化性能优异、高温强度和力学性能良好,且室温下无磁性等诸多优点。近些年,电热合金的研究是国内外诸多学者关注的焦点和热点。我国学者对于电热合金的研究已有多年发展历史,目前我国发展成为电热合金生产大国,可生产各种牌号的电热合金,并且研究水平早已达到了研制新型电热合金的程度,建立了具有我国特点的电热合金体系。但是,我国生产的Cr20Ni80电热合金相较于国外同类产品的质量仍然有一定程度的差距,主要体现在Cr20Ni80电热合金使用寿命方面,远远低于进口产品的使用寿命。由于Cr20Ni80电热合金的服役环境一般都处于中高温环境中,所以高温抗氧化性能对其服役寿命有着极大的影响。合金的高温抗氧化性能又与服役过程中形成的氧化膜及其失效原因有着直接关系,因此为了提高Cr20Ni80电热合金的使用寿命... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

镍铬二元合金相图[9]

渗铝涂层对Cr20Ni80电热合金抗氧化性能研究及失效分析4化过程基本上可分为五个阶段。前三个阶段为氧化初期阶段，是气-固反应阶段；第四阶段为氧化膜生长可能阶段；第五阶段为氧化膜形成阶段。氧化膜的性质又决定了金属高温抗氧化性能的好坏[16]。图1.2金属氧化过程图1.3.2金属高温氧化热力学在高温氧化物生成的过程中，需要考虑在化学热力学中判断反应过程进行方向的吉布斯自由能热力学函数。吉布斯自由能是化学反应稳定平衡的判据之一。在通常的高温氧化情境下，吉布斯自由能的变化量△G是指金属与氧发生化学反应的驱动能量。这个变化量涉及氧化物的生成，同时也指示着氧化反应可能的前进方向。氧化反应发生在吉布斯自由能较低的方向上。如图1.3所示，是Ellingham/Richardson标准吉布斯自由能G0-T图[17]。从图中可以直接读出给定温度下金属氧化反应的G0值。G0值愈负，则该金属的氧化物愈稳定，即图中线的位置愈低，它所代表的氧化物就愈稳定，并且优先发生氧化反应。同时，它还可以预测一种金属还原另一种金属氧化物的可能性，即图中下方位置的金属可以还原上方位置金属的氧化物。从图中可以观察到，Al元素、Cr元素和Si元素靠近图的下方，它们的氧化物Al2O3、Cr2O3、SiO2形成速度快，稳定性强，是优异的保护性氧化膜[16]。

硕士学位论文5图1.3Ellingham/Richardson标准吉布斯自由能G0-T图[17]1.3.3金属高温氧化动力学一般情况下，氧化速率测量的是氧化物的累积量（即氧化物层厚度或氧化膜重量的变化）随时间的变化规律[18]。离子扩散控制的氧化过程经由相关的简化处理后，可以引入三类主要的简化方程来表达金属材料的氧化速率。这三类氧化过程为线性规律、抛物线规律和对数规律[18-21]。如表1.2所示，为氧化反应规律及特征[22]。表1.2氧化反应规律及特征[22]规律表达式氧化速度氧化特征线性规律△W=ktdWdt=k氧化反应速率为常数，氧化膜对金属的氧化无保护作用抛物线规律△W2=ktdWdt=k△W氧化膜连续致密，具有一定的保护能力对数规律△W=Kln(kt+c)dWdt=Ktkt+c氧化前期氧化速度快，随后氧化速度减慢图1.4是金属氧化动力学曲线，金属与合金的氧化动力学规律受到多种因素的综合影响，如氧化温度与氧化时间。同一金属在不同温度下，氧化规律可能不同，同一温度下，随着氧化时间的延长，氧化遵循的规律可能会从一种规律变成


本文编号：3075182