多元銅鎳基合金的高溫氧化行為研究.pdf

1、本文采用真空熔煉爐制備多元銅鎳基合金，并對(duì)合金進(jìn)行均勻化處理。利用金相顯微鏡、XRD、SEM和顯微硬度計(jì)對(duì)多元銅鎳基合金的組織結(jié)構(gòu)、硬度和高溫氧化行為進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明 Si元素能顯著提高銅鎳合金的硬度，但不能提高銅鎳合金的高溫抗氧化性能，Cr、Al、Zr、稀土等元素對(duì)合金的高溫抗氧化性能均有不同程度的提高。
　　（1）Cu-Ni-Cr合金的鑄態(tài)組織由α-Cu相和β-Cr相組成，退火后，合金的顯微組織細(xì)化，一部分 Cr被固溶

2、在α-Cu相中。Cu-Ni-Cr合金在高溫氧化過(guò)程中容易產(chǎn)生氧化脫落，其抗氧化性能較差。
　?。?）Cu-Ni-Cr合金中添加鋁元素，Al含量為4wt.％時(shí)，合金組織中產(chǎn)生少量的NiAl相，NiAl相的含量隨著 Al含量增加而增加。Al含量為8wt.%時(shí)，NiAl相在退火后全部固溶于基體中，Al元素的添加使β相成小顆粒均勻分布于基體上。Al含量為12wt.%時(shí)，退火后有 NiAl相在晶界處析出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明合金中添加8wt.%Al

3、元素為合適，氧化時(shí)在合金表面形成 Al2O3膜層，對(duì)合金的抗氧化性能有一定的提高。
　?。?）Cu-Ni-Cr-Al合金中添加硅元素，合金的組織中生成 Ni2Si相，隨著合金中 Si元素的增加 NiAl相逐漸減少，Ni2Si相強(qiáng)度比基體相高，起到第二相強(qiáng)化的作用，使合金的硬度顯著增大。而合金氧化實(shí)驗(yàn)表明 Si元素添加進(jìn)Cu-Ni-Cr-Al合金中不能改善合金的氧化性能。
　?。?）Cu-Ni-Cr-Al合金中添加鋯元素，合金

4、織中 Zr元素主要聚集在晶界上。試驗(yàn)溫度為700℃時(shí)，鋁的氧化物主要以θ-Al2O3等亞穩(wěn)相存在，氧化過(guò)程中部分θ相轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，發(fā)生體積收縮，產(chǎn)生氧化物開(kāi)裂與剝落。試驗(yàn)溫度為800℃時(shí)，在合金表面快速形成連續(xù)的Al2O3氧化物膜，在氧化膜下形成了顆粒狀的富 Cr氧化物的內(nèi)氧化層。試驗(yàn)溫度為850℃時(shí) Al2O3氧化膜和富 Cr內(nèi)氧化層厚度均增大。850℃氧化溫度下，有利于θ-Al2O3亞穩(wěn)相快速轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3或 Al、O

5、原子直接生成α-Al2O3。
　?。?）Cu-Ni-Cr-Al-Zr合金中添加少量稀土元素 Ce，Ce與合金中的各元素形成高熔點(diǎn)化合物，這些化合物常以極微細(xì)顆粒懸浮于熔體之中，氧化時(shí)阻礙Cr、Al和其他元素的擴(kuò)散，在合金表面很快形成一層薄的Cr2O3氧化膜，不能完全阻止氧和金屬原子的擴(kuò)散，合金中的Al向表面擴(kuò)散。表面的Cr2O3氧化膜上形成了一層 Al2O3氧化膜。Cr2O3氧化膜和Al2O3氧化膜非常薄與基體結(jié)合緊密，提高了氧化