馬弗爐用鎳基合金高溫高溫氧化試驗結果

兩種對比耐熱合金主要的成分特點在于 Ni含量以及 Al、Cr 含量的不同，1 # 合金 Ni 及 Cr 含量較高，同時含有較高的 Al，為強化晶界添加微量 B; 2 # 合金 Ni 含量較低，同時 Cr、Al 含量較 1 #合金稍低。兩種合金在不同試驗溫度下的抗氧化性能如圖 2 所示，從中可以看出，1 # 合金的抗高溫氧化性能比 2 # 合金有較大幅度的提高，且隨著溫度升高，材 料 的 抗 氧 化 性 能 降 低，試 驗 溫 度 為1 150 °C的質量變化量明顯增加。由于在 1 150 °C，2 # 合金已喪失了抗氧化能力，造成試樣嚴重破壞，不能統計其氧化增重變化，因此圖 2( b) 中僅有 1 #合金的氧化曲線。

高溫氧化后試樣的表面形貌如圖 3 所示。

試樣表面都生成了一層致密的氧化膜，但 2 # 合金在1 150 °C 氧化后試樣破壞嚴重，證明其喪失了在該溫度下的抗氧化能力。圖 2 顯示增重曲線分為兩個階段: 快速氧化階段( 0 ～ 25 h) 和穩態氧化階段。快速氧化階段試樣增重迅速，加熱 25 h 后 1 # 合金的增重為 1． 36mg / cm 2 ，2 # 合金的增重為 5． 72 mg / cm 2 ，為前者的3 ～ 4 倍 。穩 態 氧 化 階 段 ，試 樣 增 重 曲 線 趨 于 平緩。1 150 °C 試樣的增重明顯高于 1 095 °C 試樣的增重，1 150 °C 加 熱 25 h 后 1 # 合 金 的 增 重 為2． 02 mg / cm 2 ，材 料 的 抗 氧 化 性 能 明 顯 降 低。另外，氧化增重曲線大致呈拋物線形式，表明材料的氧化隨時間的延長受擴散控制。高溫氧化過程主要有兩個過程: 化學反應過程和經過氧化膜的物質遷移與擴散過程。氧化初期，金屬表面與氧充分接觸，氧化主要受反應控制，表現為試樣的增重快速增加，氧化動力學曲線斜率較大。當氧和金屬中的元素發生化學反應后，表面生成致密的 Cr的氧化膜，阻礙了氧向金屬內部的擴散，氧化形式由反應控制變為擴散控制，表現為氧化速度減慢，氧化動力學曲線平緩試驗所得每個溫度下每種材料的平均氧化速度如表 2 所示。

從表中數據可以看出，除了 1 150°C 的 2 # 合金外，其他試樣的平均氧化速度都小于0． 1 g / ( m 2 ·h) ，說明材料均達到完全抗氧化級。