郭世佳 李健乐 袁圣云 李志刚 于连旭 张勇. 一种含稀土新型第四代镍基单晶高温合金的高温氧化行为和γ¢相稳定性[J]. 金属学报, 10.11900/0412.1961.2024.00243.

摘要 相关文章 Metrics 全文: PDF(1849 KB)   摘要: 为了解决第四代镍基单晶高温合金W、Mo含量较高导致高温抗氧化性能下降的问题，本工作深入研究了一种稀土元素复合添加的新型第四代单晶高温合金在1100 ℃下的氧化行为与γ¢相退化规律。结果表明，氧化前3 h时，样品表面迅速形成NiO层和不连续针状Al2O3层，并在NiO层下方形成一层稀土氧化膜。稀土氧化膜抑制O元素向内扩散与难熔金属元素反应形成尖晶石氧化物，降低尖晶石氧化物层的增厚速率。这有利于第二阶段(3~25 h)不连续针状Al2O3层向部分连续Al2O3层转变，减缓第三阶段(25~60 h)氧化增重下降阶段的发生。氧化100 h后，合金表面形成连续Al2O3层和NiAl2O4尖晶石层，有效阻止合金元素向外扩散和O元素向内扩散。此外，无γ¢区厚度随着氧化时间的延长逐渐变大，但在无γ¢区和合金内部并未发现拓扑密堆(TCP)相，说明合金在高温下具有良好的微观组织稳定性。 关键词 ： 第四代单晶高温合金,  高温氧化,  氧化动力学,  氧化膜剥落,  γ′相退化     Abstract：To improve the oxidation resistance, which is compromised by high concentrations of W and Mo in control alloys, developing a new fourth-generation Ni-based single crystal superalloy is essential. In this study, we investigated the oxidation behavior and γ¢ phase degradation of a new fourth-generation single crystal superalloy containing rare earth (RE) elements at 1100 ℃. After an initial 3 h of oxidation, a NiO layer and a discontinuous, needle-like Al2O3 layer rapidly formed on the sample surface, accompanied by the formation of a RE oxide film beneath the NiO layer. The RE oxide film effectively inhibited the internal diffusion of oxygen and its reaction with refractory metal elements, preventing the formation of spinel oxides and reducing the thickening rate of the spinel oxide layer. As a result, the discontinuous needle-like Al2O3 layer transforms into a partially continuous Al2O3 layer during the second stage (3–25 h) and delayed oxidation-induced weight loss in the third stage (25–60 h). After 100 h of oxidation, continuous Al2O3 and NiAl2O4 spinel layers were formed on the alloy surface, effectively hindering both the outward diffusion of alloy elements and the inward diffusion of oxygen. Moreover, the γ¢-free layer exhibited a notable increase in thickness with the oxidation time. No topologically close-packed phase was detected in the γ¢-free layer or in the interior of the sample, indicating the superior high-temperature stability of the alloy. Key words： 4th generation SX superalloy,    high temperature oxidation,    oxidation kinetics,    oxide film spalling,    γ′ phase degradation 收稿日期: 2024-07-22      基金资助:国家自然科学基金资助项目;江苏省前沿引领技术基础研究重大项目;江苏省重点研发计划 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 郭世佳 李健乐 袁圣云 李志刚 于连旭 张勇 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/Y0/V/I/0 [1] 吕云蕾, 任延杰, 冯抗抗, 周梦妮, 王文, 陈荐, 牛焱. 四元Co-Ni-Cr-Al合金高温氧化模式及其转变机理[J]. 金属学报, 2024, 60(7): 947-956. [2] 蔡杰, 高杰, 花银群, 叶云霞, 关庆丰, 张小锋. 强流脉冲电子束辐照对低压等离子喷涂 MCrAlY涂层组织与性能的影响[J]. 金属学报, 2024, 60(4): 495-508. [3] 刘丞济, 孙文瑶, 陈明辉, 王福会. 放电等离子烧结Ni20Cr-xAl合金的高温氧化行为[J]. 金属学报, 2024, 60(4): 485-494. [4] 谭子昊, 李永梅, 王新广, 赵浩川, 谭海兵, 王标, 李金国, 周亦胄, 孙晓峰. 一种第四代镍基单晶高温合金的同相位热机械疲劳行为及损伤机制[J]. 金属学报, 2024, 60(2): 154-166. [5] 沈朝, 王志鹏, 胡波, 李德江, 曾小勤, 丁文江. 镁合金抗高温氧化机理研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(3): 371-386. [6] 徐文国, 郝文江, 李应举, 赵庆彬, 卢炳聿, 郭和一, 刘天宇, 冯小辉, 杨院生. 微量Al、Ti对Inconel 690合金高温氧化行为的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1547-1558. [7] 解磊鹏, 孙文瑶, 陈明辉, 王金龙, 王福会. 制备工艺对FGH4097高温合金微观组织与性能的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 992-1002. [8] 丛鸿达, 王金龙, 王成, 宁珅, 高若恒, 杜瑶, 陈明辉, 朱圣龙, 王福会. 新型无机硅酸盐复合涂层制备及其在高温水蒸气环境的氧化行为[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1083-1092. [9] 杨亮, 吕皓天, 万春磊, 巩前明, 陈浩, 张弛, 杨志刚. 综述：活性元素作用机理——氧化物“钉扎”模型[J]. 金属学报, 2021, 57(2): 182-190. [10] 赵明雨,甄会娟,董志宏,杨秀英,彭晓. 新型耐磨耐高温氧化NiCrAlSiC复合涂层的制备及性能研究[J]. 金属学报, 2019, 55(7): 902-910. [11] 高博, 王磊, 宋秀, 刘杨, 杨舒宇, 千叶晶彦. 预氧化对Co-Al-W基高温合金高温氧化和热腐蚀行为的影响[J]. 金属学报, 2019, 55(10): 1273-1281. [12] 白银, 刘正东, 谢建新, 包汉生, 陈正宗. 预氧化处理对G115钢高温蒸气氧化行为的影响[J]. 金属学报, 2018, 54(6): 895-904. [13] 张文颖, 李俊, 周波. 金属连接体涂层材料MnCo2O4尖晶石的氧化动力学行为和电性能*[J]. 金属学报, 2016, 52(3): 355-360. [14] 曾宇翔,郭喜平,乔彦强,聂仲毅. Zr含量对Nb-Ti-Si基超高温合金组织及抗氧化性能的影响[J]. 金属学报, 2015, 51(9): 1049-1058. [15] 骆蕾,沈以赴,李博, 胡伟叶. 搅拌摩擦焊搭接法制备TC4钛合金表面Al涂层及其高温氧化行为[J]. 金属学报, 2013, 49(8): 996-1002. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed