氧分壓對(duì)Ni-Cr-Fe基合金氧化成膜特性影響的研究.pdf

1、Ni-Cr-Fe基合金作為抗?jié)B碳防結(jié)焦材料被廣泛應(yīng)用于石油化工與精煉加工裝置中,環(huán)境中的弱氧化性氣氛對(duì)設(shè)備材料的高溫抗氧化性能提出了越來越高的要求。因此,深入認(rèn)識(shí)Ni-Cr-Fe基合金抗氧化機(jī)理,尋求合金抗氧化新工藝、新方法及為進(jìn)一步開發(fā)研制新型Ni-Cr-Fe基合金提供參考等是本課題研究的目的。
　　 本研究以鑄態(tài)Ni-Cr-Fe合金及工業(yè)中廣泛應(yīng)用的Inconel625板材成品為實(shí)驗(yàn)合金,在1050℃弱氧化性環(huán)境中保溫進(jìn)行高

2、溫氧化實(shí)驗(yàn)。首先,以鑄態(tài)Ni-Cr-Fe合金為試樣,分別在含有不同飽和水蒸氣量的氫氣中進(jìn)行高溫氧化實(shí)驗(yàn),探討在弱氧化性的濕氫環(huán)境中不同氧分壓對(duì)合金氧化速率、氧化膜組成及形貌的影響。其次,以鑄態(tài)Ni-Cr-Fe合金和Inconel625為試樣,分別在濕氫和純氫兩種氣氛下進(jìn)行高溫氧化對(duì)比實(shí)驗(yàn),探討環(huán)境氣體組分及流量對(duì)Ni-Cr-Fe基合金的氧化成膜特性的影響。此外,對(duì)兩種合金進(jìn)行濕氫環(huán)境中的循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn),分析比較抗氧化性機(jī)理。然后依據(jù)氧化增

3、重,SEM掃描電鏡,EDS能譜分析,XRD分析,金相顯微觀察等多種測(cè)試手段,系統(tǒng)研究了氧分壓與氣氛對(duì)Ni-Cr-Fe基合金的氧化作用機(jī)理。最后,對(duì)合金在1050℃高溫下復(fù)合氧化膜的形成進(jìn)行熱力學(xué)理論計(jì)算,并闡述復(fù)合氧化膜的氧化動(dòng)力學(xué),聯(lián)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論建立了合金復(fù)合氧化膜的生成模型。
　　 結(jié)果表明,依據(jù)氧化物吉布斯生成自由能的大小,在實(shí)驗(yàn)環(huán)境氧分壓范圍內(nèi),合金基體中的Fe、Ni不被氧化,而Cr、Mn、Si等金屬元素則不斷競(jìng)爭(zhēng)氧化。表

4、面氧化膜從外到內(nèi)氧化物組成依次為:Mn-Cr尖晶石型氧化物、Cr2O3及非晶SiO2。該氧化膜整體結(jié)構(gòu)平坦,組織致密,氧化物顆粒度均勻細(xì)小,具有優(yōu)異的抗氧化性能。氧分壓實(shí)驗(yàn)中,氧化膜的厚度和氧化物形貌及組成對(duì)體系的氧分壓關(guān)系密切:中等氧分壓(15.9×10-18 atm)有利于表面尖晶石的形成,較低氧分壓有利于形成厚而多孔的氧化膜,而高的氧分壓則趨向于形成薄而致密的氧化膜。
　　 氣氛對(duì)比實(shí)驗(yàn)及循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):弱氧化性氣氛中,

5、Inconel625和鑄態(tài)Ni-Cr-Fe合金同樣具有優(yōu)異的抗氧化性,兩種合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線都遵循拋物線規(guī)律,氧化機(jī)制符合Wagner厚膜理論。而鑄態(tài)Ni-Cr-Fe合金離子擴(kuò)散主要通過晶界或缺陷等途徑進(jìn)行短路擴(kuò)散,表面形成網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)氧化脊,并隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而部分脫落;Inconel625離子擴(kuò)散主要是以晶格擴(kuò)散為主的體擴(kuò)散進(jìn)行,表面形成薄而致密的氧化膜。
　　 最后,通過高溫氧化實(shí)驗(yàn),總結(jié)了Ni-Cr-Fe基合金復(fù)合氧化