新型低Cr鎳基合金GH3535高溫氧化行為
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更新時(shí)間：2016-01-28
目前，Hastelloy N合金只有美國(guó)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，而GH3535合金是一種具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型國(guó)產(chǎn)Ni-Mo-Cr系列高溫合金。對(duì)GH3535合金在700～980℃溫度范圍內(nèi)空氣環(huán)境中進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)，以探究該合金的抗氧化性能，研究氧化層形貌及成分，為GH3535合金的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
?鎳基高溫合金由于具有較高的高溫強(qiáng)度、良好的韌性、優(yōu)越的抗腐蝕和抗氧化能力，主要運(yùn)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆和石油化工設(shè)備?？寡趸阅苁窃u(píng)價(jià)高溫合金能否安全使用的重要指標(biāo)之一，國(guó)內(nèi)外對(duì)鎳基高溫合金氧化性能方面進(jìn)行了許多研究。
在2011年啟動(dòng)的中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)《未來(lái)先進(jìn)核裂變能》中，將Ni-Mo-Cr系Hastelloy?N合金列為第四代反應(yīng)堆“釷基熔鹽堆”中的結(jié)構(gòu)材料。美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室選用Hastelloy?N合金做熔鹽堆回路，運(yùn)行溫度范圍560～760℃，9年后發(fā)現(xiàn)氧化層厚度約為50μm，表明Hastelloy?N合金具有優(yōu)異的抗氧化性能。目前，Hastelloy?N合金只有美國(guó)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，而GH3535合金是一種具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型國(guó)產(chǎn)Ni-Mo-Cr系列高溫合金。
研究人員對(duì)GH3535合金在700～980℃溫度范圍內(nèi)空氣環(huán)境中進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)，以探究該合金的抗氧化性能，研究氧化層形貌及成分，為GH3535合金的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
試驗(yàn)材料選用真空感應(yīng)爐和真空自耗爐雙聯(lián)制備的Φ16mmGH3535合金試棒，化學(xué)成分：Mo17.200，Cr6.950，F(xiàn)e4.060，Mn0.700，Si0.420，Al0.090，Ti0.040，Cu0.010，Co0.010，C0.058，Ni余量。首先將合金試棒在1177℃固溶處理30min，水冷，然后將固溶處理的材料線切割成30mm×10mm×2mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，用金相砂紙逐級(jí)打磨至12000#，直至拋光，并用激光打標(biāo)機(jī)進(jìn)行試樣標(biāo)記，最后用酒精清洗、去油、烘干后待用。依據(jù)GB/T?13303-1991《鋼的抗氧化性能測(cè)試方法》和HB5258-83《鋼及合金抗氧化性的測(cè)定方法》進(jìn)行恒溫氧化實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下：
（1）GH3535合金在700℃氧化動(dòng)力學(xué)曲線遵循立方規(guī)律，870和980℃氧化速度加快。870℃以下屬于完全抗氧化等級(jí)，而980℃屬于抗氧化等級(jí)。
（2）GH3535合金在700℃無(wú)氧化膜剝落，表面氧化層為致密的尖晶石狀氧化物；870℃氧化膜出現(xiàn)了破裂并有少量剝落；980℃下氧化膜出現(xiàn)了大量的剝落現(xiàn)象，致密尖晶石狀氧化膜發(fā)生了破壞，出現(xiàn)了許多疏松的氧化顆粒。
（3）700℃氧化膜厚度為4μm左右，有明顯的分層現(xiàn)象。870℃氧化100h后氧化膜厚度增加到10μm左右，且氧化膜的連續(xù)性逐漸變?yōu)槭杷伞?80℃氧化100h由于外層氧化層疏松剝落，使氧化膜露出內(nèi)氧化層，且出現(xiàn)“釘楔”狀內(nèi)氧化孔洞。
（4）通過(guò)XRD、能譜和EPMA結(jié)果分析，GH3535合金700℃時(shí)氧化膜主要組成是外層NiO和NiFe2O4等復(fù)合氧化物，中間層Cr2O3、NiCr2O4、MoO2和NiMn2O4等氧化物，內(nèi)氧化現(xiàn)象不明顯。870和980℃表層NiO隨著其他金屬元素向外擴(kuò)散，而導(dǎo)致表層氧化膜疏松破裂，Cr與O生成Cr2O3和NiCr2O4抵抗氧的進(jìn)入，由于高溫下Cr、Mo形成揮發(fā)性物質(zhì)而導(dǎo)致合金的抗氧化性能下降。
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