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镍基高温合金表面Co-Al渗层的抗氧化性研究

更新时间:2016-07-05

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合金是一种镍基高温合金,该合金多用于制作涡轮叶片,但实际合金的工作温度很高,人们对这类合金的使用寿命有要求,导致在使用合金的时候,需要在合金外表面添加防护涂层。因此需要评估防护涂层的抗氧化性能,对其进行高温氧化试验,探究防护涂层的耐久性。

恒温氧化实验严格按照[1]钢及高温合金抗氧化性测定试验方法进行测试,将合金放入到马弗炉中,将其加热,利用静态增重法[2]测定物质的抗氧化性,绘制了氧化动力学曲线。整个测试过程需要将样品放置在电子分析天平上称重,电子分析天平的灵敏度较高。通过评估测试[3]之前和测试之后的试样重量变化,合金的氧化程度、氧化膜特性和马弗炉中是否存在剥落的氧化膜,结合X射线仪对处理后的涂层镍基高温合金表面成分进行分析,通过扫描电子显微镜实验观察了处理后的氧化膜状态和截面形貌。

1 循环氧化动力学

笔者设计的实验严格依据HB5258—2000规定来进行,将k488合金放入到马弗炉中,将其加热至900℃的高温环境。结合静态增重法对目标合金的氧化动力学曲线进行分析[4]。将经过高温处理的合金放到电子分析天平上称重,观察试验前和试验后的合金重量,观察合金的氧化程度,并对其表面形成的氧化膜进行评估。

2 循环氧化动力学

图1分别为镍基合金、表面渗铝的镍基合金、表面渗钴铝的镍基合金,当温度升高到900℃时的氧化动力学曲线。从图1中可以看出,当处理时间达到40h,其氧化动力学曲线[3]呈现出不断上升趋势,合金重量不断提升,但是生成的氧化膜无法防护合金防止发生氧化,合金整体质量发生下降,主要是因为合金的表面氧化不断从合金表面剥离,后续合金持续氧化,在合金的表面再度形成氧化膜,这个时候合金的质量又开始提升。铝及铝钴共渗样品的整个氧化动力学过程呈现出抛物线分布规律,当最开始进行氧化时,氧化量相比整个样品较小,因此单位面积的氧化量相对较多,随着合金氧化时间增加,薄膜厚度越来越大,氧化物的含量越来越高,而整个体系的氧化增重量由最开始快速上升到趋向于基体,通过形成氧化膜有利于防止基体发生损坏,说明渗钴铝层能明显提高合金900℃时的抗氧化性能。通过图1可以看出,镍基合金在900℃温度环境下且进行40h处理之后,单位面积氧化增重,渗铝及渗钴铝在温度环境下且进行处理之后,单位面积氧化增重可以达到0.2g/mm2。镍基合金在900℃温度环境下且进行40h处理之后,单位面积氧化增重可以达到0.2g/mm2,说明相对于其他材料,镍基渗钴铝后大大提高了抗氧化性能。

In this reason, we reviewed the present status and future perspectives of peritoneal lavage for the detection of intraperitoneal free cancer cells in patients with gastric cancer (Figure 1).

1 镍基合金渗铝的镍基合金及渗钴铝的镍基合金的氧化动力学曲线

3 高温氧化后的表面形貌

表面氧化物的形貌如图2,有渗层的合金在900℃温度环境下且进行120h处理之后的表面形貌,通过图片可以看出,合金表面形成了很多颗粒氧化物[5],这些颗粒氧化物均匀地分布在样品表面上,经过X射线仪对处理后的涂层镍基高温合金表面成分进行分析,发现这些物质的成分为Cr2O3,少部分的成分为TiO2,这些颗粒不互相黏连,彼此孤立,因此无法形成氧化膜。

图3代表镍基合金在900℃温度环境下且进行120h处理之后的截面线扫描结果。根据图3可以看出,这些合金的表面已经形成了一层致密的氧化膜,但是这些氧化膜非常疏松,而且表面有很多孔隙[6],有了孔隙,氧分子在氧化膜中可以自由穿梭,继续发生氧化。氧化膜外侧还有部分TiO2,内侧的主要成分为Cr2O3,但是质地很疏松,容易因为循环氧化剥落,因此在靠近氧化膜进侧的基体中会呈现出氧固溶区,影响到机体的性能。

“营改增”并未有效提升生产性服务业的盈利能力,我们的政策含义并非是否定“营改增”政策。本文政策含义在于“营改增”确实降低了生产性服务业的税收负担,起到减税的预期目标,但是其并未明显提升生产性服务业的盈利能力,“营改增”后的增值税仍然存在进一步完善的空间,比如规范扣除范围、进一步简化并降低税率等。

(a)无渗层的合金 (b)表面渗钴铝的合金

2 合金经过氧化处理后的表面形貌情况

4 高温氧化后截面形貌

图2为渗钴铝镍基合金在温度环境下且进行处理之后的表面形貌。根据图2我们可以看出,镍基合金渗钴铝在120h循环氧化后,合金脊状表面形成了很多质地均匀的氧化物,呈现出大颗粒中分布许多小颗粒氧化物的趋势,XRD分析主要成分是Al2O3

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3 高温氧化后的截面形貌

图4为渗钴铝镍基合金在温度环境下且进行处理之后的截面线扫描结果。从图4中可以看出,最终获得的氧化膜组成成分为AL-Ti-Co-O,通过分析其组成成分,发现表面的Al2O3相对比较多,但是得Co2CrO4含量相对比较少,因为这两种物质比较容易结合在一起,形成氧化膜,因此有利于防止合金进一步发生氧化反应,有利于保护合金的稳定性,该种合金的抗氧化性能得到了改善。

4 表面渗铝镍基合金高温氧化后的截面形貌

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合金最开始进行氧化的时候,其氧化动力学曲线近乎笔直,直到40h后才开始有表面剥落现象,之后这些合金进一步发生氧化,表面形成了氧化膜,氧化膜外侧有部分TiO2,内侧的主要成分为Cr2O3,整个氧化膜质地厚,但是疏松多孔。渗铝的合金在经过处理后,其氧化动力学曲线呈现出抛物线分布规律,氧化膜表面的Al2O3相对比较多,TiO2的含量相对较少,但是整个体系的氧化膜质地均匀,能够有效防止合金进一步发生氧化。渗钴铝合金也在同样的条件下进行了处理,其氧化动力学曲线呈现出抛物线分布规律,氧化膜表面的物质为混合物,质地均匀,能够有效防止合金持续被氧化。

[参考文献]

[1] 李铁藩.金属高温氧化和热腐蚀[M].北京:化学工业出版社,2003:270.

[2] 高超,苏芳臣,相颖杰,等.化学气相沉积法制备硅质量分数6.5%硅钢的脆性[J].机械工程材料,2015,39(12):12-16.

[3] 刘磊,杨甫,吴勇.硅改性铝化物涂层的 CVD 制备工艺[J].金属热处理,2016,41(7):79-83.

[4] 宋瑞利,刘平,张柯,等.铜箔表面化学气相沉积少层石墨烯[J].材料科学与工程学报,2016,34(1):96-100.

[5] ZHANG C X,SONG G P,SUN Y.Research progress of electron beam physical vapor deposition technology[J]. Materials Review,2012,26(1):124-126.

[6] 张鹏飞,李建平,陆峰,等.DZ40M合金Al-Si涂层高温防护性能研究[J].航空材料学报,2010,30(5):63.

李玉春,崔莲,车继馨,邱忠阳,李欣欣
《大庆师范学院学报》2018年第03期文献

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