高熵合金AlxCoCrFeNi在超臨界水中氧化行為的研究.pdf

1、電力行業(yè)是國民支柱性行業(yè)，隨著超超臨界發(fā)電機(jī)組蒸汽參數(shù)的日益提高，鍋爐材料的運行環(huán)境愈發(fā)惡劣，人們對鍋爐材料的高溫機(jī)械性能和抗氧化性能提出了更高的要求。因此，不斷開發(fā)具有優(yōu)異的高溫性能的材料是促進(jìn)發(fā)電機(jī)組工作效率提高的關(guān)鍵。有報道指出，高熵合金在高溫空氣中具有良好的抗氧化性能。但是，目前還未見到與高熵合金在超臨界水中氧化行為相關(guān)的報道。因此，本文對高熵合金AlxCoCrFeNi(x=0.15，0.4，0.6，0.8，分別命名為Al0.1

2、5，Al0.4，Al0.6，Al0.8)在600℃/25MPa超臨界水中的氧化行為進(jìn)行了研究。并探討了氧化環(huán)境、合金元素的種類及含量和氧化膜的結(jié)構(gòu)及成分對合金抗氧化性能的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn):在600℃/25MPa超臨界水中氧化100～400h后，Alx(x=0.15，0.4，0.6，0.8)表面形成雙層氧化膜。內(nèi)層氧化膜由NiCr2O4、 CoCr2O4和Fe(Cr, Al)2O4組成，而外層氧化膜由Fe2O3、 Fe3O4、F

3、eCr2O4和CoCr2O4組成。隨著氧化時間的延長，Alx表面氧化物顆粒尺寸和氧化膜厚度均增加，外層氧化膜的致密性降低;隨著合金Alx中Al含量的升高，其表面氧化物顆粒尺寸和氧化膜厚度減小，而內(nèi)層氧化膜內(nèi)的Al含量和外層氧化膜的致密性均升高。
　　合金的抗氧化性能與氧化環(huán)境有關(guān)。在600℃空氣中氧化400h后，高熵合金Alx(x=0.15，0.4)表面形成雙層氧化膜。內(nèi)層氧化膜由NiCr2O4、 Fe(Cr, Al)2O4組成，

4、而外層氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和CoCr2O4組成。比較Alx(x=0.15，0.4)在兩種氧化環(huán)境中的氧化行為發(fā)現(xiàn):Alx在空氣中的抗氧化性能明顯大于其在超臨界水中的抗氧化性能。
　　合金的抗氧化性能還與合金元素的種類及含量有關(guān)。在600℃/25MPa超臨界水中氧化400h后，Super304H和P92表面分別形成了雙層和三層氧化膜。Super304H的內(nèi)層氧化膜和P92的內(nèi)、中層氧化膜由Fe3O4和FeCr2O4組成，而

5、Super304H和P92的外層氧化膜均由Fe2O3和Fe3O4組成。高熵合金Alx(x=0.15，0.4，0.6，0.8)、Super304H和P92在超臨界水中的抗氧化性能排序為:Al0.8＞Al0.6＞Al0.4＞Al0.15＞Super304H＞P92。
　　最后，合金的抗氧化性能還依賴于其表面已形成的氧化膜的結(jié)構(gòu)和成分。氧化膜厚度、完整性及氧化膜內(nèi)富Al氧化物含量的增加均可以提高其對合金的保護(hù)性能，而氧化膜內(nèi)孔洞數(shù)量的增