EB-PVD制備的Ni-Co-Cr-Al合金薄板組織演化及高溫氧化行為.pdf

1、本文采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和透射電子顯微鏡(TEM)以及力學測試方法深入系統地研究了采用電子束物理氣相沉積(EB-PVD)制備的0.3mm厚的Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金薄板制備態和熱處理態組織演變規律和力學性能。并研究了制備態和經800℃/16h處理的合金薄板在800℃、900℃和1000℃空氣中的氧化行為，采用SEM對氧化試樣的表面和截面形貌進行研究，采用小角XRD、XPS和

2、EDAX對其相組成和成分分布進行分析。研究結果表明：
　　制備態Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金薄板相組成為γ-Ni基固溶體，不存在第二相。組織致密均勻，晶粒尺寸為500nm左右；亞結構主要為孿晶，沒有發現位錯存在。制備態合金薄板的納米硬度為5.57GPa，彈性模量E為221.33GPa；常溫拉伸抗拉強度σb為1033MPa，合金薄板伸長率δ為0.6％，呈脆性斷裂。800℃時拉伸抗拉強度σb為107MPa，合金薄板伸長率δ

3、為1.02%。
　　經600℃長時間熱處理后，Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金薄板仍為γ-Ni基固溶體單相組織，亞結構仍然為孿晶，沒有發現位錯存在。晶粒隨保溫時間的延長而長大，而TEM像中的應變條紋消失，XRD分析表明存在(220)晶面的擇優生長。熱處理溫度達到800℃，晶粒明顯長大，亞結構為孿晶和位錯，1000℃處理后發現有第二相析出。
　　薄板在600℃以下溫度處理時，其斷裂強度隨處理溫度升高而降低，其伸長率隨溫

4、度升高而稍微有些增加。600℃處理16h，斷裂強度σb為780MPa，伸長率δ僅為4%。800℃保溫16h時，合金薄板的常溫斷裂強度σb增加到825MPa，伸長率δ增加到14%，屬于延性斷裂；隨后其斷裂強度隨處理溫度升高而降低，其伸長率隨溫度升高而稍微有些增加。
　　合金薄板在不同溫度下保溫16h后，在800℃拉伸時，伸長率是隨著保溫溫度的升高拉伸強度越來越大，其拉伸性能在800℃保溫16h時的800℃拉伸強度σb值最高，為63M

5、Pa，其伸長率δ達246%。但在900℃保溫16h處理后合金薄板的800℃拉伸強度σb卻開始下降24MPa，而伸長率δ卻增加到336%，均為延性斷裂。
　　細晶Ni20.3Cr4.6Co2.1Al薄板高溫氧化動力學與常規鎳基合金的氧化動力學不同，800℃氧化時，初期氧化動力學近似符合拋物線規律，而長期氧化動力學符合立方規律；合金900℃氧化時，氧化初始階段動力學符合三次方規律，而氧化后期動力學符合四次方規律；合金1000℃氧化時，

6、氧化初始階段動力學近似的近似符合拋物線規律，而氧化后期動力學近似符合立方規律。
　　制備態Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金800℃初期氧化階段的氧化產物主要是NiO和少量的Cr2O3；長時間氧化時氧化產物主要是NiO、NiCr2O4以及Cr2O3。合金900℃初始氧化階段的氧化產物主要是NiO、Cr2O3和NiCr2O4；長時間氧化以后氧化膜外層的氧化產物主要是NiO，氧化初期在氧化膜的晶界處形成了富Al區域。合金1000

7、℃初始氧化階段的氧化產物主要是NiO和Cr2O3，而在長期氧化時氧化膜主要是由NiO為主，Cr2O3和NiCr2O4為輔的復合層。
　　經800℃/16h退火處理后的細晶Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金薄板，在800℃空氣中氧化動力學氧化初期符合四次方規律，隨后氧化非常緩慢，長時間暴露后合金薄板氧化增重不明顯。氧化產物主要是NiO、Cr2O3和NiCr2O4。900℃空氣中氧化動力學符合立次規律，氧化產物主要是NiO、Cr

8、2O3和NiCr2O4。1000℃空氣中暴露時存在脫落，退火處理后薄板1000℃暴露空氣中表面生成的氧化產物是單一的針狀Al2O3。
　　研究發現細晶Ni20.3Cr4.6Co2.1Al在800℃、900℃和1000℃空氣中氧化動力學與經典的拋物線規律存在明顯的偏差，主要由于細晶化后氧化物形核率極大提高，形成微晶態氧化膜,氧化膜中的擴散由晶格擴散為主變為以晶界短路擴散為主,改變了氧化膜的生長動力學，對細晶合金高溫氧化動力學規律進行