铬_铝_硅对铁基高温合金抗氧化性能的影响
Ni—Cr—Al高温合金材料的研究现状及发展
Ni—Cr—Al高温合金材料的研究现状及发展【摘要】随着航天、航空、电力、冶金、能源、石化工业的迅速发展，对高温抗氧化合金材料的服役性要求越来越高，高温抗氧化合金材料已经成为影响工业发展的决定因素，这就给高温抗氧化合金的研制和开发提出新的机遇和挑战。
Ni-Cr-Al合金以其抗高温、抗氧化性能被广泛的应用于燃气轮机叶片等高温部件，在国防和工业生产中，扮演着重要角色。
【关键词】Ni-Cr-Al高温合金;性能;研究现状;发展1.引言镍是一种耐腐蚀性优良、韧性较好的金属材料，具有良好的力学、物理和化学性能，添加适宜的元素可提高它的抗氧化性、耐腐蚀性、高温强度和改善某些物理性能。
Ni-Cr-Al合金的成分主要是镍铝，铬的含量较少，是重要的高温合金材料，在能源开发、化工、电子、航海、航空和航天等部门中都有广泛的应用，物理与化学的性能不言而喻，耐高温、抗蠕变、抗腐蚀性能好，凭借这些优良性能，使镍铬铝合金成为未来高温合金材料中最有前景和价值的合金材料之一，因此，研究镍铬铝合金对现实工业生产具有重要的意义。
2.概述Ni-Cr-Al高温合金依靠其耐高温抗氧化性能，成为重要高温材料之一，在国防和工业生产中，扮演着重要的角色，以其优良的性能被广泛应用于航空航天，电力，冶金等高温部件。
Ni-Cr-Al高温合金这样良好的性能主要依靠Al和Cr来形成一层Al2O3和Cr2O3保护性氧化膜，氧化膜生长缓慢，粘附性较好，对基体起到良好的保护作用。
3.Ni-Cr-Al合金的发展历程3.1 Ni-Cr合金：Ni-Cr合金可作为耐热、抗高温氧化和耐腐蚀的涂层。
典型的镍铬合金为镍含量80%、铬含量为20%，但也有镍为60%，铬为16%和其余为铁的。
其中80Ni20Cr合金是热喷涂常用的材料，该合金具有较好的耐高温氧化性能，耐酸和碱腐蚀，是制备耐热、耐蚀涂层的典型材料。
由于涂层致密、与基体材料的粘结性好，通常作为耐热陶瓷涂层的粘结底层，既能增加涂层的结合强度，同时又能防止高温氧化和腐蚀性气体对金属的侵蚀，但该合金不耐硫化氢、亚硫酸气体、盐类及高温潮湿下还原性气体的腐蚀，在硝酸、盐酸溶液中也容易受到侵蚀。
cr在铝合金中的作用
cr在铝合金中的作用
铬在铝合金中起到了以下重要作用：
1. 提高热稳定性：铬元素增加了铝合金的热稳定性和耐高温性能，使合金在高温条件下不易发生变形、脆裂或氧化等反应。
2. 提高耐腐蚀性：铬元素可以提高铝合金的耐腐蚀性能，使合金在常温或高温下能够抵御酸、碱、盐等化学介质的腐蚀，从而延长合金的使用寿命。
3. 提高机械性能：铬元素能提高铝合金的硬度、强度和韧性等机械性能，使合金在拉伸、弯曲、冲压、焊接等加工工艺过程中能保持稳定的性能。
4. 改善其他元素在铝中的沉淀行为：铬可以形成亚微米级的沉淀以及促使其他元素沉淀，这些沉淀可以增加合金的硬度、强度和耐磨性，进一步提高机械性能。
5. 形成保护层：铬能够与氧化物结合形成一层物理化学性质稳定的Cr2O3保护层，有效防止铝材表面的进一步氧化和腐蚀。
请注意，尽管铬在铝合金中起到了许多有益的作用，但过量的铬元素可能会对人体健康和环境产生不良影响。
因此，在铝材生产过程中，应严格控制铬的添加量。
铬_铝_硅对铁基高温合金抗氧化性能的影响
铬、铝、硅对铁基高温合金抗氧化性能的影响Effect s of Chro mium,Aluminium and Silicon on OxidationResistance of Fe2base Superalloy王海涛,张国玲,于化顺,王少卿,闵光辉(山东大学材料学院材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室,济南250061) WAN G Hai2tao,ZHAN G Guo2ling,YU Hua2shun,WAN G Shao2qing,M IN Guang2hui(Key Laboratory for Liquid St ruct ure and Heredity of Material of Education Minist ry,School of Material Science and Engineering,Shandong U niversity,Jinan250061,China)摘要:采用正交设计的实验方法探讨了铬、铝、硅元素含量对铁基高温合金抗氧化性的影响规律。
为获得稳定的抗氧化能力,上述各元素的含量应分别高于17%Cr,4%Al,115%Si。
结果表明:当三元素同原子比时对铁基高温合金抗氧化性的影响次序为Si最大,Al次之,Cr最小。
结构平坦、组织致密、颗粒细小均匀的氧化膜抗氧化性较好,反之较差。
当氧化膜由Cr2O3,Al2O3,SiO2,Fe(Ni)Cr2O4多种氧化物组成复合氧化膜时于1250℃表现为强抗氧化性,当缺少Al2O3或SiO2时表现为弱抗氧化性。
关键词:耐热钢;铁基高温合金;氧化膜;抗氧化性中图分类号:T G142173 文献标识码:A 文章编号:100124381(2008)1220073205Abstract:The effect s of chromium,aluminium and silico n on t he o xidation resistance were st udied by ort hogonal experiment met hod.The result s show t hat t he content of Cr,Al,Si in test alloys for stable oxidation resistance should be added more t han17%Cr,4%Al and115%Si respectively.The most af2 fecting element for oxidation resistance is Si among stoichiomet ric Cr,Al and Si,t he following one is Al,and t he last one is Cr.The flat and compact st ruct ure,fine and even grains endow it wit h good ox2 idation resistance,ot herwise t he scales are bad in o xidation resistance.High2temperat ure oxidation re2 sistance depends on t he compo sition of t he scales on test alloys.The compounded scales of Cr2O3, Al2O3,SiO2and Fe(Ni)Cr2O4possess st rong oxidation resistance at1250℃,but it become poor wit h2 out Al2O3or SiO2.K ey w ords:heat resistant steel;Fe2base superalloy;oxide scale;oxidation resistance property 铁基高温合金应在650℃以上能承受一定的应力并且具有抗氧化性和抗腐蚀性能。
合金元素对性能的影响
铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。
但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。
铬能显著提高低合金钢的再结晶温度,含量为2％时，强化效果最好。
镍、锰可以形成和稳定奥氏体。
镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。
锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。
钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。
钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。
碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。
钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。
硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。
硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。
各种合金元素对钢性能的影响
三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。
五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
高温合金中常见元素及其作用
高温合金中常见元素及其作用高温合金中常见元素及其作用高温合金是航空、航天、能源等领域中广泛应用的一种材料，具有优良的耐高温、抗氧化和抗腐蚀性能。
这些合金中包含多种元素，这些元素的种类和比例会直接影响合金的性能。
本文将介绍一些常见的高温合金元素及其作用。
一、镍（Ni）镍是高温合金中的主要元素之一，通常含量在50%以上。
它能够提高合金的强度、韧性、抗氧化性和耐腐蚀性。
镍还可以降低合金的冷脆性，提高可塑性和可焊性。
在高温下，镍能够保持较好的抗蠕变性和持久性，因此常用于制造高温下承受应力的零件。
二、铬（Cr）铬是一种抗氧化性和耐腐蚀性很好的元素，它能够提高合金的硬度、耐磨性和耐热性。
同时，铬还可以改善合金的加工性能。
在高温下，铬能够减缓合金的氧化过程，并形成致密的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。
三、铁（Fe）铁是高温合金中的基本元素之一，通常含量在20%以上。
它能够提高合金的强度和硬度。
铁还可以改善合金的切削加工性能。
在高温下，铁能够减缓合金的氧化过程，并形成致密的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。
四、钨（W）钨是一种高密度、高熔点和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。
在高温下，钨能够提高合金的抗蠕变性和持久性，常用于制造高温下承受应力的零件。
此外，钨还可以提高合金的抗高温氧化性能。
五、钼（Mo）钼是一种高强度、高熔点和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。
在高温下，钼能够提高合金的抗蠕变性和持久性，常用于制造高温下承受应力的零件。
此外，钼还可以提高合金的抗高温氧化性能。
六、钛（Ti）钛是一种低密度、高强度和高熔点的元素，它能够提高合金的强度、韧性和耐腐蚀性。
在高温下，钛能够形成稳定的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。
此外，钛还可以改善合金的加工性能和抗腐蚀性能。
七、铝（Al）铝是一种轻质、高强度和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。
高温合金材料的高温抗氧化性能研究
高温合金材料的高温抗氧化性能研究高温合金是一种能够在高温环境下保持强度和稳定性的金属材料。
它们由多种金属元素组成，通常包括铬、钴、镍、铜等元素。
这些元素在高温环境下的化学反应和物理变化引起了高温合金的抗氧化性能。
高温合金的抗氧化性能是指其在高温下抵御氧气与材料的化学反应的能力，这项性能对于汽车、飞机、火箭等高温环境下的工业应用至关重要。
高温氧化是一种常见的金属材料损耗机制，是指材料与氧气反应而产生的氧化物。
氧化物会破坏材料表面，导致材料的质量和性能下降。
因此，高温合金必须具备很强的抗氧化性能，以保持其性能和稳定性。
为了研究高温合金的抗氧化性能，需要进行一系列实验。
这些实验通常包括高温气氛试验、恒温压缩试验、X射线衍射试验等。
高温气氛试验包括在高温下暴露样品于不同的气氛中，以模拟实际工作环境。
恒温压缩试验则是同时测量高温合金的流变性和抗氧化性能。
而X射线衍射试验则可以确定高温合金中的物理和化学结构。
在研究高温合金的抗氧化性能时，需要考虑许多因素，如金属元素的成分、热处理工艺等。
例如，钼元素的存在可以增强高温合金的抗氧化性能。
在高温下，钼和氧气结合成为钼氧化物，这种氧化物可以防止进一步的氧化反应。
此外，钼氧化物和其它氧化物的形成还可以增加高温合金的强度和塑性。
另一个影响高温合金抗氧化性能的因素是热处理工艺。
热处理工艺是一种控制金属材料物理和化学特性的过程，可以改善高温合金的抗氧化性能。
在热处理过程中，将高温合金冷却至室温前，需要进行淬火过程，以增加材料硬度和纯度。
随后进行固溶退火和时效等热处理过程，以调整高温合金的微观结构、晶粒尺寸和缺口密度等因素。
这些处理过程可以改善高温合金的抗氧化性能，增加其使用寿命。
总之，高温合金材料的高温抗氧化性能研究是一个具有重大意义的课题。
研究结果不仅可以改善现有的工业材料，而且可以为新材料的开发提供指导。
必须进行广泛的实验和研究，以了解高温合金的结构、成分和热处理技术对其抗氧化性能的影响。
合金元素及其含量对铁基合金激光熔覆层性能的影响
合金元素及其含量对铁基合金激光熔覆层性能的影响摘要：激光熔覆是指通过不同的添加方法，在被熔覆集体中放置选择的涂层材料，通过激光辐照之后，使其基体表面充分熔化，之后快速凝土产生低稀释度、与基体呈现冶金结合表面涂层的工艺技术，在该过程中，合金元素以及合金元素的含量，会对激光熔覆层性能产生影响，所以为了提升产品质量，同时对工艺进行优化，需要明确其具体影响。
因此，本文将对合金元素及其含量对铁基合金激光熔覆层性能方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，希望可以对相关行业有所帮助。
关键词：合金元素；含量；铁基合金；激光熔覆层；性能影响相比于传统的表面处理技术而言，比如电镀技术、热喷焊技术等，激光熔覆技术具有熔覆层晶粒度较小、热影响区与热变形区较小等多项优势。
结合相关研究来看，因为合金元素对于钢铁材料的性能具有影响，所以在铁基合金生产过程中，如果采用激光熔覆工艺，则需要准确控制合金元素以及含量，减少对激光熔覆层的负面影响，从而能够提升铁基材料的综合质量。
为此，本文主要研究了镍、铬以及钼等金属元素及其含量对激光熔覆层的影响。
1实验材料与方法在本次实验设计中，激光熔覆实验采用某国家生产的ROFIN TR050型号快轴流二氧化碳激光器；在实验过程中，激光功率设定为35kW，激光光束波长设定为10.5μm；通过烧蚀方法对光斑直径进行测量，并对离焦量进行调整，使得该期间光斑直径达到4mm；应用单道、单层预置式激光熔覆，预制粉末厚度设定为1.5mm；激光扫描速度设定为每秒6mm，扫描长度设定为30mm；采用氩气作为保护气体，能够避免合金粉末在激光熔覆期间出现氧化问题，氩气流量设定为每分钟3.5L；基材采用A3钢，尺寸设定为10cm*3cm*0.5cm，通过酸洗的方式将其表面锈迹去除，并采用丙酮对其清洗，确保表面清洁，之后对其进行烘干处理。
在实验过程中，应用性能较好的Fe202合金粉末作为基础合金，该粉末为150—200目的自制铁、镍、铬、硼、硅以及碳合金，化学成分为：92.7铁、3镍、2铬、1硼、1硅以及0.3碳；结合激光熔覆的实验结果来看，应用Fe202合金粉末作为熔覆用基材，能够获取硬度较高且没有裂纹的铁基激光熔覆层；在Fe202中分别添加不同含量的镍、铬以及钼合金元素，用于合金元素对铁基合金激光熔覆层性能的影响研究。
铸造合金的高温强度与抗氧化性能
铸造合金的高温强度与抗氧化性能高温强度和抗氧化性能是铸造合金在高温环境下应用的重要性能指标。
本文将从材料设计、处理工艺和表面处理等方面，探讨如何提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能。
一、材料设计在提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能方面，材料设计是关键。
首先，需要选择合适的合金元素来调整合金的组成。
在高温环境下，合金元素的相互作用对于提高合金的高温强度和抗氧化性能起到至关重要的作用。
例如，添加镍、钼等元素可以提高合金的高温强度和耐蠕变性能；添加铝、铬等元素可以提高合金的抗氧化性能。
其次，需要精确控制合金的晶粒尺寸。
合金的晶粒尺寸对于高温强度和抗氧化性能有着重要影响。
较小的晶粒尺寸可以提供更多的晶界，从而增加合金的高温强度和抗氧化性能。
因此，在铸造过程中，可以通过采用合适的凝固工艺和热处理工艺，控制合金的晶粒尺寸。
二、处理工艺处理工艺对于提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能也具有重要影响。
首先，合金的熔炼和浇注工艺需要控制合金的化学成分和纯度。
高纯度的合金可以减少杂质的夹杂，从而提高合金的高温强度和抗氧化性能。
其次，合金的热处理工艺可以进一步改善其高温强度和抗氧化性能。
例如，通过固溶处理和时效处理，可以调整合金的晶界和析出相，从而提高合金的高温强度。
此外，热处理还可以消除合金中的内应力，提高其抗蠕变性能。
三、表面处理合金的表面处理对于提高其高温强度和抗氧化性能同样重要。
一种常用的表面处理方法是氧化保护。
通过在合金表面形成一层氧化膜，可以防止氧和其他高温气体的渗透，减轻合金的氧化速率，提高其抗氧化性能。
此外，还可以通过涂层技术来改善合金的高温强度和抗氧化性能。
例如，可以在合金表面涂覆一层陶瓷涂层，形成一种保护层，提高合金的高温强度和抗氧化性能。
综上所述，要提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能，需要在材料设计、处理工艺和表面处理等方面下功夫。
通过选择合适的合金成分，控制晶粒尺寸，优化熔炼和浇注工艺，进行合适的热处理，并采取适当的表面处理方法，可以有效提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能，满足不同高温应用的需求。
Al对Cu-２０Ni-１９Fe合金微观组织和高温抗氧化性能的影响
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Ni-Cr-Al-Fe基铸态合金的高温氧化行为
、 ． ６Ｎｏ６ ｂＩ１ ．
粉末 冶金材料科 学与工 程
Ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｏ ｗｄ ｒＭ ｅ ａ ｌ ｒ ｙ ｔ ｒａ ｓＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ｆ Ｐｏ ｅ ｔ ｌ ｇ ｕ
２ １年 ｌ ０１ ２月
摘
要 ：采用熔铸法制备不 同 Ａｌ 含量 的 Ｎｉ ｒ ．ｅ基合金 ，研究 Ａｌ － Ｆ Ｃ Ａ１ 含量和预氧化处理对合金在 ６ ０ ℃大气 中 ０
抗 氧 化 性 能 的影 响 ，并 利 用 Ｆ ．Ｅ （ＤＳ、Ｘ Ｅ Ｓ Ｍ Ｅ ） ＲＤ 对 不 同状 态 合 金 氧 化 膜 的形 貌 及 成 分 进 行 对 比分 析 。结 果 表 明 ：
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韩朝 刘 咏 王 岩：李维杰 汤慧萍
（．中南大学 粉末冶金研 究院粉末 冶金 国家重点实验 室，长沙 １ ４ ０８； １０ ３ ２ ．西北有色金属研究所 多孔材料 国家 重点实验 室，西安 ７ ０ １） １０６
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关键 词 ：Ｎｉ ｒ 一ｅ基 合 金 ；高 温 氧 化 ；铝 含 量 ；预 氧 化 ：氧 化 机 理 —－ Ｆ Ｃ Ａ１ 中 图分 类 号 ：４ ０２ ３ ．０ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ ．２４２ １）—０ －９ ６ ３０ ２ （０ １６８ ６０
各种合金元素在钢中的作用
各种合金元素在钢中的作用为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有铬、镍、钨、钒、钛、铌、锆、钴、硅、锰、铝、铜、硼、稀土等。
磷、硫、氮等在某些情况下也起到合金的作用。
（1）铬（Cr）铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。
含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。
铬为不锈钢耐酸钢及热钢的主要合金元素。
铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和端面收缩率。
当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。
含铬钢的零件经过研磨容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
焊铬的弹簧钢在热处理时不易脱落。
铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。
在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
（2）镍（Ni）镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。
一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。
据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.MPa。
随着镍含量的增加，钢的屈服强度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。
镍在提高刚强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。
对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。
反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提升。
镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。
硅铝铬的抗氧化能力-概述说明以及解释
硅铝铬的抗氧化能力-概述说明以及解释1.引言1.1 概述硅铝铬是三种重要的金属元素，它们在众多领域中都具有重要的应用。
同时，它们还具有出色的抗氧化能力，这在许多方面都是非常有益的。
本文将就硅、铝和铬的抗氧化能力进行详细探讨。
首先，硅元素是大自然中普遍存在的元素之一，它被广泛应用于材料学、电子学和生物学等领域。
硅具有良好的热稳定性和化学稳定性，能够抵抗氧化反应的发生。
这意味着硅在高温和氧气环境下具有极强的抗氧化能力，可以有效地保护其它材料免受氧化破坏。
其次，铝是一种常见的金属元素，被广泛用于建筑、航空航天和汽车制造等领域。
铝的抗氧化能力主要来自于其表面形成的氧化铝膜。
这层氧化铝膜具有很高的耐腐蚀性，可以阻止铝继续被氧化，从而保护基材的完整性和稳定性。
最后，铬是一种重要的合金元素，常被用于不锈钢制造和电镀等领域。
铬的抗氧化能力主要来自于其与氧气反应形成的致密氧化铬膜。
这层氧化铬膜具有良好的附着力和稳定性，能够阻止铬继续被氧化，并提供了良好的耐腐蚀性和抗氧化性能。
总而言之，硅铝铬作为重要的金属元素，具有出色的抗氧化能力。
硅在高温和氧气环境下能够有效地抗氧化，铝通过表面氧化铝膜来保护基材，而铬则形成致密的氧化铬膜来抵御氧化反应。
这些抗氧化特性使得硅铝铬在众多领域中具有广泛的应用前景，并且对于材料的稳定性和使用寿命有着重要的意义。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以写成如下所示："1.2 文章结构：本文将分为三个部分，分别探讨硅、铝和铬的抗氧化能力。
首先，我们将介绍硅的抗氧化能力，包括其化学性质和抗氧化机制。
其次，我们将探讨铝的抗氧化能力，包括其在生物体内的作用，抗氧化酶的活性调节等方面。
最后，我们将详细研究铬的抗氧化能力，包括铬和DNA的相互作用，铬在细胞氧化应激中的作用等。
通过对这三种元素的抗氧化能力的研究，我们可以全面了解它们在抵抗氧化应激中的作用和机制。
"以上是文章结构部分的内容，可以根据需要进行适当修改和补充。
Ce对Fe_Cr_Al合金抗高温氧化性能的影响
文章编号:1001-7445(2007)增-0015-04Ce 对Fe -Cr -Al 合金抗高温氧化性能的影响孙仙奇,劳远侠,梁 玮(广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁530004)摘要:用不连续称重法研究了添加Ce (0.2%w t )对F e -27Cr -7A l 合金1000℃氧化动力学的影响.用X 射线,扫描电镜研究了Ce(0.2%wt )对F e -27Cr -7A l 合金1000℃下氧化膜的生长和形貌的影响.结果表明,添加Ce (0.2%wt )明显降低了F e -27Cr -7A l 合金的高温氧化速率.在氧化初期,添加Ce 促进了 -A l 2O 3的生成,并使之迅速转变为 -A l 2O 3.Ce 的添加可以使氧化膜更为平整.关键词:F e-Cr -A l;Ce;高温氧化;A l 2O 3相变中图分类号:T G 132.3+3 文献标识码:AFe -Cr -Al 系合金是我国应用最广泛的电热合金.它有电阻系数大、电阻温度系数小、功率稳定、节约材料等优点,作为电热元件被普遍用于工作温度在1300℃以下的粗丝和固定式电阻炉[1].研究表明[2],在Fe -Cr -Al 合金中添加微量稀土元素可以显著改善电热合金的抗氧化性能,提高合金使用寿命.各国相继开发出了Fe-26Cr -7.5Al-Re,Fe-20Cr-4Al-Y 等含稀土的电热合金[3].目前利用稀土元素来提高Fe-Cr -Al 合金的抗氧化性能已较为普遍,但是其微观作用机理尚未完全明了.研究稀土元素提高合金抗高温氧化能力的作用机理,对研发新一代耐高温合金有重要的指导意义[4].本文通过研究Ce(0.2%w t)对Fe-27Cr-7Al 合金抗高温氧化性能的影响,对稀土元素提高Fe-Cr-Al 系合金抗高温氧化性能的微观机制进行了探讨.1 实验方法Fe-27Cr -7Al 和Fe-27Cr-7Al-0.2Ce(重量分数,%)合金采用纯金属原料(99.99%)经非自耗电弧炉反复熔炼制得.经高温轧制后在高温箱式炉中进行制度为800℃/2.5h 的去应力退火.熔炼试样经线切割加工成10mm ×10mm ×5mm 的方形试样,经水砂纸研磨至800#,用丙酮清洗表面,吹干待用.恒温氧化实验中,将试样置于烧至质量恒定的氧化铝坩埚中,在1000℃高温的箱式炉中进行氧化,每隔一段时间取出称重,总氧化时间为96h .用X 射线衍射(XRD )分析不同时间的氧化膜的相组成,用扫描电镜(SEM )观察氧化表面的形貌.2 实验结果2.1 氧化动力学 Fe-27Cr -7Al 和Fe-27Cr -7Al-0.2Ce 合金在1000℃空气中的氧化动力学如图1所示.由图1可以看出,无Ce 和有Ce 的Fe-27Cr -7Al 合金在1000℃的空气中氧化,可以分为两个阶段.在3h 以前是初期氧化阶段,由于完整的保护性氧化膜尚未形成,无Ce 和有Ce 合金的氧化增重都很快.且无Ce 合金的氧化增重速率明显大于有Ce 合金.3h 以后,合金进入稳态氧化阶段,氧化增重趋于平缓,无Ce 合金的氧化速率略高于有Ce 合金.2.2 氧化产物的相组成 图2(a ),(b )和(c )为Fe -27Cr -7Al 和Fe -27Cr -7Al -0.2Ce 合金在1000℃空气中,经1h ,2h 和72h 氧化后得出的氧化膜产物的X 射线衍射图谱.第32卷增刊2007年6月广西大学学报(自然科学版)Jour nal of G uangx i U niv er sity (N at Sci Ed)Vo l.32,Sup.June,2007 收稿日期:2007-04-21;修订日期:2007-05-27作者简介:孙仙奇(1955-),男,广西人,广西大学副教授.图1 Fe-27Cr-7Al 和Fe-27Cr-7Al-0.2Ce 合金在1000℃空气中的氧化动力学曲线(a)1h (b)2h(c)72h图2 1000℃时Fe -27Cr -7Al 和Fe -27Cr -7Al -0.2Ce 合金经不同时间氧化后氧化膜的X 射线衍射图谱图谱显示两种合金在1000℃生成的氧化膜主要成分是 -Al 2O 3和 -Al 2O 3. -Al 2O 3是一种稳定的氧化物,它存在于整个氧化过程中. -Al 2O 3是亚稳态氧化物,在1000℃时,有向 -Al 2O 3转变的趋势.Fe-27Cr -7Al-0.2Ce 合金氧化初期, -Al 2O 3生长迅速,在氧化1h 内形成,如图2(a).氧化2h 内, -Al 2O 3迅速转变为 -Al 2O 3,如图2(b).72h 后,Fe-27Cr -7Al-0.2Ce 合金的氧化产物是 -Al 2O 3,如图2(c ).无Ce 的Fe -Cr -Al 合金氧化初期, -Al 2O 3的生成较慢,在氧化2h 内生成,如图2(b ). -Al 2O 3向 -Al 2O 3趋势不明显,72h 后,Fe-Cr -Al 合金的氧化产物是 -Al 2O 3与 -A l 2O 3的混合物,如图2(c).2.3 表面氧化膜形貌 图3为Fe-27Cr-7Al 和Fe-27Cr -7Al-0.2Ce 合金1000℃下氧化96h 后,表面氧化膜的形貌.电镜照片显示,氧化96h 后两种合金的表面氧化膜均有局部脱落现象.如图3.无Ce 的Fe-Cr-Al 合金的表面氧化膜出现明显褶皱,氧化膜与基体粘合程度较差,如图3(a).有Ce 的Fe-Cr-Al 合金的表面氧化膜比较平坦,无明显褶皱生成.16广西大学学报(自然科学版)第32卷 (a)Fe-27Cr-7Al (b)Fe-27Cr-7Al-0.2Ce图3 1000℃时Fe-27Cr-7Al 和Fe-27Cr-7Al-0.2Ce 合金氧化72h 后的表面形貌3 讨 论3.1 初期氧化 大量研究表明[5～11],Fe -Cr -A l 合金在1000℃以上氧化,其氧化初期的产物是 -Al 2O 3与 -Al 2O 3的混合物.其中 -Al 2O 3是氧化铝的亚稳相,呈立方结构. -Al 2O 3生长速率较快,对材料的保护性较差[12],1000℃以上,有向稳态的 -Al 2O 3转变的趋势. -Al 2O 3是氧化铝的稳定态,呈刚玉结构,熔点高达2040℃,化学性质稳定,氧化膜致密,生长速度慢,能够显著的降低合金的氧化速率,是良好的保护性氧化膜.氧化初期, -Al 2O 3氧化膜生长较慢,没有完全覆盖合金表面,导致合金在瞬态氧化阶段氧化速率很高,如图1.但这个时期Fe -27Cr -7Al -0.2Ce 合金的氧化速率大大低于Fe -27Cr -7Al 合金.这是因为,虽然氧化初期Fe -27Cr -7Al -0.2Ce 合金表面的 -Al 2O 3生长缓慢,但 -Al 2O 3却能迅速形成,并转变为 -Al 2O 3,从而促进了 -Al 2O 3氧化膜的生长.而Fe -27Cr -7Al 合金表面, -Al 2O 3形成较慢,向 -Al 2O 3转变的趋势也不明显,使得氧化初期 -Al 2O 3的生长较慢.由此可见,添加一定量的稀土Ce(0.2%w t),可以促进氧化初期 -Al 2O 3的形成,并迅速向 -Al 2O 3转变,从而加速氧化初期 -Al 2O 3的生长,降低合金的初期氧化速率.稀土元素的这一作用可能与自身的化学性质有关.文献指出[13],由于稀土和氧有良好的亲和力,氧化开始后立即与氧结合,在金属表面形成大量弥散的稀土氧化物颗粒.这些颗粒可以促进 -A l 2O 3的快速形核. -Al 2O 3形成之后,稀土元素偏聚在 -Al 2O 3晶界,抑制-Al 2O 3晶粒的长大,从而促进了 -Al 2O 3的形核[14].一旦在氧化膜/基体界面有了 -Al 2O 3的形核点,在该界面的 -Al 2O 3向 -Al 2O 3的相变将以很快的速度发生.值得一提的是,Al 2O 3的相变以及稀土元素对相变的影响已经引起了很多学者兴趣,但目前还没有形成一个完整统一的理论.对稀土等活性元素促进还是抑制 -Al 2O 3→-Al 2O 3相变也存在较大分歧[15,16].从实验可看出,添加Ce(0.2%w t)的确促进了Fe-Cr -Al 合金中 -Al 2O 3→ -Al 2O 3相变,如图2.3.2 稳态氧化 随着氧化时间的延长,无Ce 和有Ce 的Fe-Cr-Al 合金表面都形成了完整的 -Al 2O 3膜.两种合金的氧化曲线趋于平缓,氧化速率相差不大,如图1.但在长时间,尤其是多次热循环的工作条件下,合金的抗氧化性能常常取决于表面氧化膜的形貌,以及氧化膜与基体粘合的程度.氧化膜的开裂和剥落将导致氧化的加剧.实验表明,在长时间氧化后,加Ce 的Fe -Cr -Al 合金有着更平坦的氧化膜表面,氧化膜与基体粘合程度较好,如图3(b ).无Ce 的Fe -Cr -Al 合金表面呈波浪状,起皱明显,与基体粘合程度差,如图3(a ).Golightly [17]认为,氧化膜横向生长是粘附性不好的重要原因.无稀土的合金生成 -Al 2O 3氧化膜主要靠Al 原子通过氧化膜晶界向外扩散,同时O 原子向膜内扩散实现.当Al 原子和O 原子在氧化膜内相遇时,就会形成 -Al 2O 3的横向生长,造成膜内压应力的高度集中.氧化膜呈波浪状,且局部与基体脱离.当合金中加入稀土元素,稀土氧化物颗粒在氧化膜中弥散分布,阻止了Al 原子向外扩散.氧化膜形成只能依靠O 原子向内扩散,即氧化反应发生在氧化膜-基体界面上.降低了膜的生长应力,形成了附着性较好,较平坦的氧化膜.17增刊孙仙奇等:Ce 对Fe-Cr -A l 合金抗高温氧化性能的影响18广西大学学报(自然科学版)第32卷 4 结 论(1)Fe-Cr-Al合金在1000℃的空气中氧化,其氧化动力学可分为初期氧化和稳态氧化两个阶段.初期氧化阶段,有Ce合金的氧化速率明显低于无Ce合金,稳态氧化阶段两种合金氧化速率相差不大.(2)添加Ce(0.2%w t)可以促进Fe-Cr-Al合金氧化初期 -Al2O3的形成,并加速 -Al2O3→ -Al2O3相变,从而降低合金的瞬态氧化速率.(3)添加Ce(0.2%w t)可以改善Fe-Cr-Al合金的氧化膜形貌,使氧化膜起皱消失,与基体粘合紧密.参考文献:[1] 武 英,谢建刚,曾克里,等.F e-Cr-A l电热合金的研究进展[J].有色金属,1999,51(4):83.[2] 韩思槛.稀土对耐热钢高温性能的影响[J].国外金属材料,l976,(516):445.[3] 王振东,宫元生.电热合金[M]:第一版.北京:化学工业出版社,2006,13.[4] 李铁藩.21世纪高温氧化的发展方向[J].材料保护,2000,33(1):14.[5] D oychak J,P rescott R.O x idatio n m echanismed of-N iAl+Zr deter mined by SI M S[J].Cor os Sci,1995.37:1341.[6] Ro sa C J,Hag ed W C.O xy en-io n diffusivity in hyposto ichimetr ic zirco nium dio xide[J].Jour nal o f N udearmat erials,1968.27:12.[7] W oo d G C,Chatto pa dhay B.T ra nsient o x ida tio n o f N i-base allo ys[J].Cor os Sci,1970,10:471.[8] Shim izu 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rmation fro m -Al2O3to -Al2O3at1000℃ox idatio n.Fe-27Cr-7A l-0.2Ce alloy has a sm oother surface m orpho logy of -Al2O3than Fe-27Cr-7Al do se.Key words:FeCrAl;Ce;high temper ature ox idation;Al2O3tr ansition(责任编辑 刘海涛)。
钢铁产品如何提高耐高温性能
钢铁产品如何提高耐高温性能在现代工业生产中，钢铁产品被广泛应用于各种高温环境，如冶金、化工、航空航天等领域。
然而，在高温条件下，钢铁材料的性能往往会受到很大的影响，如强度降低、塑性变差、抗氧化能力下降等，这就严重限制了其在高温环境中的应用。
因此，如何提高钢铁产品的耐高温性能成为了一个重要的研究课题。
要提高钢铁产品的耐高温性能，首先需要从钢铁的成分入手。
通过合理调整钢中的合金元素含量，可以显著改善其耐高温性能。
例如，铬（Cr）是一种常用的合金元素，它能够在钢的表面形成一层致密的氧化铬保护膜，有效地阻止氧气的进一步侵入，从而提高钢的抗氧化性能。
镍（Ni）可以提高钢的高温强度和韧性，钼（Mo）则有助于增强钢在高温下的抗蠕变性能。
此外，硅（Si）、铝（Al）等元素也都对提高钢的耐高温性能有着积极的作用。
钢铁的微观组织结构对其耐高温性能也有着至关重要的影响。
通过不同的热处理工艺，可以获得不同的微观组织，从而改变钢铁的性能。
例如，采用正火、淬火和回火等工艺，可以使钢获得细小均匀的晶粒，提高其强度和韧性。
对于一些高温用钢，还可以采用固溶处理和时效处理等方法，来优化其组织结构，提高耐高温性能。
除了成分和组织结构，钢铁的表面处理也是提高其耐高温性能的重要手段之一。
常见的表面处理方法包括热喷涂、渗铝、渗铬等。
热喷涂技术可以在钢铁表面形成一层耐高温的涂层，如陶瓷涂层，有效隔离高温环境对基体的影响。
渗铝和渗铬处理则可以在钢的表面形成富铝或富铬的合金层，提高其抗氧化和抗腐蚀性能。
在钢铁的生产过程中，加工工艺也会对其耐高温性能产生影响。
合理的锻造、轧制和焊接工艺，可以减少钢中的缺陷，提高其组织均匀性和性能稳定性。
例如，在锻造过程中，控制变形量和变形温度，可以细化晶粒，改善钢的组织结构。
在焊接过程中，选择合适的焊接材料和焊接工艺，避免产生焊接裂纹等缺陷，从而保证焊接接头的耐高温性能。
此外，钢铁的使用环境和维护保养也不容忽视。
铬含量对铁基电弧涂层高温氧化性能的影响的开题报告
铬含量对铁基电弧涂层高温氧化性能的影响的开题报告一、选题的背景和意义铁基电弧涂层是一种普遍应用于各种高温、高压和强腐蚀环境下的防护涂层，具有广泛的应用前景。
在高温氧化环境下，铁基电弧涂层的氧化稳定性是影响其使用寿命和可靠性的重要因素。
铬元素能够提高涂层的氧化稳定性，因此铬含量对铁基电弧涂层高温氧化性能的影响是一个重要的研究课题。
二、研究的目的和内容本研究旨在探究铬含量对铁基电弧涂层高温氧化性能的影响，进一步优化铁基电弧涂层的性能，提高铁基电弧涂层在高温、高压和强腐蚀环境下的应用性能。
具体内容包括：1. 制备不同铬含量的铁基电弧涂层样品。
2. 对样品进行高温氧化实验，比较不同铬含量样品的氧化程度和寿命。
3. 分析不同铬含量样品的微观结构、化学成分和物理性能等。
4. 探究铬含量对涂层高温氧化性能的影响机理。
三、研究的方法和步骤1. 制备不同铬含量的铁基电弧涂层样品。
选择合适的基材和电弧涂层工艺，通过控制电弧焊接过程中放电气氛中铬元素的含量，制备出铬含量不同的铁基电弧涂层。
2. 进行高温氧化实验。
将不同铬含量的样品放置在高温氧化炉中，并调节炉内气氛和温度，观察样品氧化程度和寿命。
3. 分析不同铬含量样品的微观结构、化学成分和物理性能等。
通过扫描电镜、X 射线衍射、能谱仪等分析手段，对不同铬含量样品的微观结构、化学成分和物理性能等进行分析。
4. 探究铬含量对涂层高温氧化性能的影响机理。
通过上述实验和分析结果，结合文献资料，探究铬含量对涂层高温氧化性能的影响机理。
四、预期研究结果预期研究结果如下：1. 铬含量对铁基电弧涂层高温氧化性能有显著影响，含铬量越高，涂层在高温氧化环境下的氧化程度越低，寿命越长。
2. 不同铬含量样品的微观结构、化学成分和物理性能等存在差异，铬元素能够与涂层中其他元素形成化学键，并对其氧化性提供保护。
3. 铬元素的掺杂机理与铁基电弧涂层的制备、热处理和使用条件等因素有关，需要进一步探究。
高温合金钢的添加元素对性能的影响研究
高温合金钢的添加元素对性能的影响研究高温合金钢是一类在高温环境下具有优异性能的金属材料，主要用于制造和应用在高温工况下的各种设备和部件，如航空发动机、燃气轮机和核电站中的核反应堆。
高温合金钢具有优异的高温强度、抗氧化、耐热疲劳和耐腐蚀等特点，其性能优劣主要由添加的合金元素的种类和含量所决定。
本文将对几种常用的添加元素及其对高温合金钢性能的影响进行研究。
添加元素对高温合金钢性能的影响主要体现在以下几个方面：高温强度、抗氧化、耐热疲劳和耐腐蚀。
首先，添加铬（Cr）元素可以显著提高高温合金钢的高温强度。
铬元素能够与铁形成固溶体，稳定晶界，提高晶界的力学强度和延迟晶界的松弛，从而提高高温下的材料整体力学性能。
同时，铬元素还能够形成致密的氧化层，提供一层保护膜，防止氧的进一步渗透，提高抗氧化性能。
其次，添加钼（Mo）元素可以改善高温合金钢的抗氧化性能。
钼元素能够加强钢中的晶界、亚晶界和析出物的强度，提高材料的高温强度。
钼元素还能够稳定铬的氧化膜并降低其渗透速率，从而显著提高高温合金钢的抗氧化能力。
另外，添加镍（Ni）元素能够提高高温合金钢的耐热疲劳性能。
镍元素能够形成弥散的强化相，并提高晶界和颗粒间的结合强度，从而增加材料的高温强度和耐热疲劳寿命。
镍元素还能够促使材料在高温下形成相对稳定的组织分布，抑制晶粒长大，提高高温合金钢的力学性能。
此外，添加钛（Ti）元素对高温合金钢的耐腐蚀性能有显著影响。
钛元素能够与氧和硫形成稳定的化合物，阻止硫和氧的进一步扩散，从而提高高温合金钢的耐腐蚀性能。
钛元素还能够参与形成弥散相，提高高温合金钢的高温强度。
除了上述几种元素外，添加其他合适的合金元素，如铌、钨、铸铁、钒等，也可以通过不同方式对高温合金钢的性能产生影响。
例如，添加铌元素能够有效地提高高温合金钢的抗高温蠕变性能；添加钨元素可以显著提高高温合金钢的高温强度和耐蚀性能；而添加钒元素则可以提高高温合金钢的耐磨性能。
总之，高温合金钢的添加元素对其性能有着显著影响。
高温合金713化学成分
高温合金713化学成分
高温合金713是一种特殊材料，它具有优异的高温性能和耐腐蚀性能。
作为一种重要的合金材料，其化学成分对于其性能起着至关重要的作用。
高温合金713的主要化学成分包括镍（Ni）、铬（Cr）、钨（W）、铝（Al）和钛（Ti）等元素。
其中，镍是高温合金713的基本元素，占据了较大的比重。
镍的添加能提高合金的强度和耐腐蚀性能。
同时，镍也能提高合金的热稳定性和耐氧化性。
铬是另一种重要的元素，它能够增加高温合金713的耐腐蚀性能。
铬的存在能有效防止合金表面的氧化，从而保护合金的内部结构。
此外，铬还能提高合金的硬度和强度，增加其机械性能。
钨是一种常用的添加元素，它能够增加高温合金713的高温强度和耐蠕变性。
钨的加入能够形成硬质相，提高合金的硬度和耐磨性。
铝和钛是两种常用的添加元素，它们能够增加高温合金713的强度和耐腐蚀性能。
铝的存在能够提高合金的高温强度和抗氧化性能，同时还能增强合金的韧性。
钛的加入能够提高合金的高温强度和耐蠕变性。
除了上述主要元素外，高温合金713中还可能含有少量的其他元素，例如硼（B）、钙（Ca）和硅（Si）等。
这些元素的添加可以进一步调整合金的性能，提高其适应不同工作条件的能力。
综上所述，高温合金713的化学成分对于其性能具有重要的影响。
合理的选择和控制化学成分，能够使高温合金713具备出色的高温性能和耐腐蚀性能，满足各种极端工作环境下的需求。
铬、铝、硅对铁基高温合金抗氧化性能的影响
ＳＯ 时 表 现 为 弱 抗 氧 化 性 。 ｉ 关 键 词 ： 热 钢 ； 基 高 温 合 金 ； 化 膜 ； 氧化 性 耐 铁 氧 抗
中 图分 类 号 ：Ｔ ４ ． ３ Ｇ１ ２ ７ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ３ １ ２ ０ ） ２ ０ ７ — ５ ０ １４ ８ （ ０ ８ １ —０ ３ ０
ｏ ｉａｉｎｒｓ ｔｎ ｅｓ ｏ ｌ ｂ ｄ ｅ ｒ ｈ ｎ １ Ｃ ， Ａ１ ｎ ． Ｓ ｒｓ ｅｔ ｅｙ ｈ ｓ ｆ ｘｄ ｔ ｅｉ ａ ｃ ｈ ｕｄ ｅａ ｄ ｄｍｏｅｔ ａ ｏ ｓ ７ ｒ４ ｄ１ ５ ｉ ｅｐ ｃｉ ｌ．Ｔ ｅｍｏ ｔ — ａ Ａ ０ ｖ ａ
能 力 ， 述 各 元 素 的 含 量 应 分 别 高 于 １ Ｃ ， Ａ１１ ５ ｉ 上 ７ ｒ４ ，． ％Ｓ。结 果 表 明 ： 当三 元 素 同 原 子 比 时 对 铁 基 高 温 合 金 抗 氧 化 性 的影 响 次 序 为 Ｓ 最 大 ， 次 之 ， ｒ 小 。结 构 平 坦 、 织 致 密 、 粒 细 小 均 匀 的 氧 化 膜 抗 氧 化 性 较 好 ， 之 较 差 。 当 ｉ Ａ１ Ｃ 最 组 颗 反 氧化 膜 由 ｃ ｚ ＡｌＯ ，ｉ Ｆ （ ） ｒＯ 多 种 氧 化 物组 成 复 合 氧 化膜 时 于 １ ５ ￣ 现 为 强抗 氧 化性 ， ｒ０ ， ｚ 。ＳＯ ， ｅＮｉＣ ｚ ２ ０Ｃ表 当缺 少 Ａ１Ｏ 或 。
几种微量元素在高温合金中的作用与机理
几种微量元素在高温合金中的作用与机理郭建亭【摘要】The effects of several minor elements on the microstructure and mechanical properties of superalloys were studied. The roles of minor elements in grain boundary cohesion, grain boundary precipitation and solidification segregation were discussed. The results show that a proper quantity of B, C, Y, La, Ce, Zr or Mg can significantly improve the stress-rupture property of superalloys, whereas Si and S degrade it remarkably; in addition, P is beneficial to some wrought superalloys, while it is harmful to some cast superalloys.%研究几种微量元素对高温合金力学性能和微观组织结构的影响;从晶界结合力、晶界沉淀和凝固偏析等方面对微量元素的不同作用进行讨论.结果表明:适量的B、C、Y、La、Ce、Zr和Mg明显改善高温合金的持久性能;Si和S则明显降低高温合金的持久性能;而P对一些高温合金特别是变形高温合金表现出有益作用,而对另一些高温合金特别是铸造合金表现出有害作用.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)003【总页数】11页(P465-475)【关键词】高温合金;微量元素;作用机理;力学性能;微观组织【作者】郭建亭【作者单位】中国科学院金属研究所,沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TG113.25;TG132.2中国科学院金属研究所高温合金与金属间化合物研究组先后研究了B、C、Y、La、Ce、Zr、Mg等有益微量元素在高温合金中的作用，以及Si、S等有害元素对高温合金力学性能和组织结构的影响，同时还研究了P在高温合金中的双重作用。
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铬、铝、硅对铁基高温合金抗氧化性能的影响Effect s of Chro mium,Aluminium and Silicon on OxidationResistance of Fe2base Superalloy王海涛,张国玲,于化顺,王少卿,闵光辉(山东大学材料学院材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室,济南250061) WAN G Hai2tao,ZHAN G Guo2ling,YU Hua2shun,WAN G Shao2qing,M IN Guang2hui(Key Laboratory for Liquid St ruct ure and Heredity of Material of Education Minist ry,School of Material Science and Engineering,Shandong U niversity,Jinan250061,China)摘要:采用正交设计的实验方法探讨了铬、铝、硅元素含量对铁基高温合金抗氧化性的影响规律。
为获得稳定的抗氧化能力,上述各元素的含量应分别高于17%Cr,4%Al,115%Si。
结果表明:当三元素同原子比时对铁基高温合金抗氧化性的影响次序为Si最大,Al次之,Cr最小。
结构平坦、组织致密、颗粒细小均匀的氧化膜抗氧化性较好,反之较差。
当氧化膜由Cr2O3,Al2O3,SiO2,Fe(Ni)Cr2O4多种氧化物组成复合氧化膜时于1250℃表现为强抗氧化性,当缺少Al2O3或SiO2时表现为弱抗氧化性。
关键词:耐热钢;铁基高温合金;氧化膜;抗氧化性中图分类号:T G142173 文献标识码:A 文章编号:100124381(2008)1220073205Abstract:The effect s of chromium,aluminium and silico n on t he o xidation resistance were st udied by ort hogonal experiment met hod.The result s show t hat t he content of Cr,Al,Si in test alloys for stable oxidation resistance should be added more t han17%Cr,4%Al and115%Si respectively.The most af2 fecting element for oxidation resistance is Si among stoichiomet ric Cr,Al and Si,t he following one is Al,and t he last one is Cr.The flat and compact st ruct ure,fine and even grains endow it wit h good ox2 idation resistance,ot herwise t he scales are bad in o xidation resistance.High2temperat ure oxidation re2 sistance depends on t he compo sition of t he scales on test alloys.The compounded scales of Cr2O3, Al2O3,SiO2and Fe(Ni)Cr2O4possess st rong oxidation resistance at1250℃,but it become poor wit h2 out Al2O3or SiO2.K ey w ords:heat resistant steel;Fe2base superalloy;oxide scale;oxidation resistance property 铁基高温合金应在650℃以上能承受一定的应力并且具有抗氧化性和抗腐蚀性能。
相对于镍基和钴基高温合金而言,铁基高温合金价格低廉,生产工艺简单,是一种普遍应用于国防 能源 航空以及核工业等领域的高温结构材料。
高温抗氧化性是铁基高温合金的一项重要指标。
早期研制的Fe2Cr系、Fe2Cr2Ni 系、Fe2Cr2Ni2N系高温合金主要依靠Cr元素提高其高温抗氧化性,该系列合金突出表现在高温强度方面,耐热温度随Cr元素含量的提高可以达到900～1200℃[1-3]。
其后研制的Fe2Cr2Si系,Fe2Cr2Ni2Si 系,Fe2Cr2Mn2Si系高温合金中,Si元素被氧化形成SiO2氧化膜,其热稳定性高,不但增加了Cr2O3氧化膜的致密度,而且提高了氧化膜与基体的附着力,减少了剥落倾向[4-6]。
Fe2Cr2Al系、Fe2Cr2Ni2Al系高温合金在欧美国家研究较多,虽然在高温力学性能方面不够理想,但具有良好的高温抗氧化性,高温下Al元素形成的Al2O3氧化膜致密坚固,不具有挥发性,与Cr2O3氧化膜紧密结合大大增加了铁基高温合金的高温抗氧化性[7-11]。
对于铁基高温合金中同时加入Cr,Al,Si 元素形成复合氧化膜以提高其高温抗氧化性,迄今国内外研究较少。
本工作采用正交设计方法,在实验的基础上探讨Cr,Al,Si三元素对铁基高温合金高温抗氧化性的影响规律,通过Cr,Al,Si氧化膜的复合作用在保证一定高温力学性能的基础上进一步提高合金的耐热温度,为研制新型高温合金提供必要的理论依据。
1 实验方法 本实验采用正交设计方法设计合金成分,正交设计表选用5水平6因素,即L 25(56),变量成分为C ,Ni ,Cr ,Al ,Si ,B 六种元素,各选取5个含量,参见表1。
表1 设计的实验合金成分及其含量(质量分数/%)Table 1 Factors and levels of the chemical composition in test alloys (mass f raction/%)Level C Cr Ni Al Si B Fe 10.05146200Bal 20.101783 1.00.01Bal 30.1520104 1.50.02Bal 40.2023125 2.00.03Bal 50.25261462.50.04Bal 实验所用材料为工业纯铁 微碳铬铁 镍板 工业纯硅、1#稀土硅铁合金以及铝线。
实验合金采用中频感应电炉熔炼,浇注温度1500～1550℃。
毛坯试棒采用石墨型浇注,共熔炼出25个实验合金,按正交设计表编号。
实验合金的高温抗氧化实验按G B/T13303—1991氧化增重法测试,试样盛在氧化铝坩埚内放到ZW K 型可控硅温度控制炉内加热至1250℃保温氧化5×100h ,用T G328810-4g 全自动光电分析天平称量其氧化增重,计算增重速率。
2 结果与讨论211 铬、铝、硅含量对实验合金高温抗氧化性的影响 根据正交设计方法特性,各变量分析可选自正交设计表L 25(56)对应列及相关列独立进行,因此本工作重点选择Cr ,Al ,Si 三元素研究其各自的影响规律及综合作用。
按1250℃抗氧化性实验取最后100h 的氧化增重数值计算其增重速率,并计算各元素同水平氧化增重速率总和及其极差,参见表2。
表2 实验合金1250℃氧化增重速率极差分析表Table 2 Range analysis of oxidationmass gain rate at 1250℃Element levelSum of oxidation mass gain rate/(g ・(m 2・h )-1)CrAl Si 116.0716.0515.70217.028.948.83311.0912.6514.4547.599.518.855 3.947.44 6.76Range (R )13.088.618.94Range under equalmass percentage (RW ) 1.092.153.58Range under equal atom number (RA )5.67 5.8110.06 由表2数据作图1。
从图1中可以看出,高温合金随Cr ,Al ,Si 元素含量的增加其氧化增重速率呈现下降的趋势,因此Cr ,Al ,Si 均为实验合金的高温抗氧化有益元素。
图1 元素含量对氧化增重速率的影响 (a )Cr ;(b )Al ;(c )SiFig 11 Influence of element content on oxidation mass gain rate(a )Cr ;(b )Al ;(c )Si 在实验合金中加入Cr 除了固溶强化铁素体外,还能提高铁基体的电极电位,加强基体的耐腐蚀性。
在高温下Cr 与氧反应生成Cr 2O 3,它是菱方晶系结构,热稳定性较高,不易分解,一定量的Cr 能形成连续致密的Cr2O3氧化膜,阻止外部氧的进一步侵入,对内部基体组织具有较强的保护性。
虽然Cr在不锈钢中的最低含量要求为12%,但由于高温下晶界富铬碳化物的形成,消耗了大量的铬原子,造成晶粒周界Cr含量的显著降低,不足以形成连续致密的Cr2O3保护膜,致使合金达不到应有抗氧化能力。
这也是图1a中Cr含量在17%前氧化增重速率增加的原因,合金中随着Cr 含量的进一步提高,高温下晶界贫铬的矛盾得到解决,因而大大增强了实验合金高温抗氧化能力。
Al的抗氧化性依赖于高温下合金表面Al与氧生成的Al2O3氧化膜。
Al2O3具有Cr2O3相同的菱方晶系结构,但热稳定性高于Cr2O3,熔点达到2030℃,于1200～1300℃高温下,Al2O3氧化膜仍组织致密,成分稳定,不分解产生挥发性组[12]。
但Al2O3氧化膜与基体的结合力不如Cr2O3氧化膜,抗剥落性不好,Al2O3需要依附于Cr2O3氧化膜上来提高合金的抗氧化性[5,6]。
实验中相同Cr含量的合金,Al含量高的合金抗氧化性明显优于Al元素含量低的合金。
另外,Al 达到一定含量时,Al2O3才能够对Cr2O3氧化膜起到良好的复合保护作用,如图1b所示。
结果表明,合金含铝量超过4%时,其抗氧化性影响趋于稳定。
Si同Al作用相似,与Cr2O3氧化膜相复合可提高合金的高温抗氧化能力。
铁基合金表层中的Si在加热过程中与氧反应形成SiO2,属六方晶系结构,Si—O 间以强大的共价键相结合,使其具有高硬度、高熔点(1610℃)的特性[12]。
所以,SiO2氧化膜在高温下具有非常高的组织稳定性,也是一种理想的氧化物保护膜。
SiO2本身耐酸腐蚀,又能增加Cr2O3保护膜的致密度,所以在含硅量较高的合金中,如4#,5#,14#等,其氧化膜形貌均比较平坦,基本没出现氧化膜剥落现象,而不含硅的合金,例如8#,24#,在高温氧化实验中容易起皱剥皮。