長(zhǎng)壽命Cr20Ni80電熱合金絲高溫氧化行為研究.pdf

1、Cr20Ni80電熱合金由于具有良好的抗氧化性、抗腐蝕性、較大的電阻率和穩(wěn)定的電阻率值、較高的高溫強(qiáng)度等綜合性能，被廣泛應(yīng)用在家用電器、工業(yè)爐及醫(yī)療、通信、核電等領(lǐng)域內(nèi)的電熱元器件制備。而加熱溫度和時(shí)間是影響Cr20Ni80電熱合金材料性能的重要因素，決定著電熱元件在使用過(guò)程中表面氧化膜的生成和破壞，對(duì)合金元器件的使用壽命有著極其重要的作用。本文所研究的Cr20Ni80電熱合金絲用于鋁熔煉爐加熱器件，在論文中研究了 Cr20Ni80電熱

2、合金的氧化動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及氧化膜的形貌，探討了氧化膜的形成和生長(zhǎng)機(jī)理。采用箱式電阻爐對(duì)8 mmCr20Ni80電熱合金絲進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)。研究選用了恒溫氧化法和循環(huán)氧化法兩種實(shí)驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，恒溫氧化法溫度設(shè)為700℃～1000℃，時(shí)間設(shè)為1 h～100h，循環(huán)氧化法溫度設(shè)為1000℃，氧化時(shí)間分別為4 h，10h，25h，50 h。主要采用精密電子天平對(duì)氧化前后的試樣進(jìn)行稱重，然后基于氧化前后的質(zhì)量變化擬合不同溫度下的氧化動(dòng)力學(xué)曲線，采用

3、金相（OM）、X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、能譜(EDS）等方法對(duì)試樣表面形成的氧化膜進(jìn)行分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在同一氧化溫度下，隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化動(dòng)力學(xué)曲線出現(xiàn)了分階段現(xiàn)象。在氧化初期的氧化速率與后期相比，要快很多。且隨著溫度的升高，氧化速率逐漸變大，在氧化過(guò)程中，材料的抗氧化級(jí)別始終為完全抗氧化性。⑵在氧化初期，試樣表面快速形成一層氧化膜，隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，在氧化膜內(nèi)部應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用下，氧化

4、膜開(kāi)始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，隨后在氧化膜剝落的區(qū)域又開(kāi)始形成新的氧化膜。經(jīng) XRD分析，組成氧化膜的主要氧化物為C r2O3，且氧化膜中含有尖晶石結(jié)構(gòu)的NiCr2O4，Cr2O3與NiCr2O4相互交錯(cuò)，構(gòu)成了致密均勻的氧化膜，使材料具有了很好的抗氧化性能和抗腐蝕性能。在氧化過(guò)程中，如果氧濃度較低，會(huì)造成擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力較小，在這種條件下，鉻離子的擴(kuò)散方式主要為沿晶界以及缺陷的短路擴(kuò)散，這會(huì)導(dǎo)致Cr20Ni80電熱合金試樣表面形成網(wǎng)狀的氧化膜，由于這

5、種初期形成的氧化膜有很多孔，這就為后期鉻離子的向外擴(kuò)散提供了快速的擴(kuò)散通道，有利于致密均勻氧化膜的形成，隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，八面體形狀的N iC r2O4尖晶石會(huì)逐漸變?yōu)閷悠瑺詈桶魻?。⑶?000℃條件下，在Cr20Ni80電熱合金試樣氧化前期，在試樣表面產(chǎn)生了由球狀或橢球狀氧化物(主要由Cr2O3構(gòu)成)組成的表面氧化膜，且隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，這些球狀或橢球狀的氧化物長(zhǎng)大并破裂。循環(huán)氧化條件下，與恒溫氧化相比，試樣氧化相同的時(shí)間增重較大