探索GH3536镍基高温合金箔材在极端高温下的氧化

作者：admin 发布时间：2024-11-13 16:26点击：

高温合金，以其出色的耐高温、耐腐蚀和抗氧化性能，在极端环境应用中占据核心地位。依据基体元素的不同，高温合金主要分为镍基、钴基和铁基三大类。鉴于钴元素的战略重要性及我国相对匮乏的储量，以及铁基合金的组织不稳定性，镍基高温合金，特别是如GH3536这样的固溶强化型合金，显得尤为重要。GH3536合金富含镍、铬、铁，不仅耐高温、耐腐蚀，而且组织稳定，是航天航空发动机、船舶工业及特殊环境（如高温、腐蚀、摩擦环境）的理想材料。其出色的热塑性、焊接性能以及在900℃左右的高温下保持的蠕变强度和持久强度，使其成为制造长期在高温下工作的航空发动机部件的首选。

组织变化规律与氧化机理
在GH3536箔材（厚度50μm）的高温氧化处理过程中，观察到析出相析出与表面氧化的耦合现象。这主要是由于箔材厚度薄，元素在厚度方向的扩散路径短，析出相析出与表面氧化均伴随元素扩散。
400℃处理：微观组织初期无明显变化，500小时后仅在晶界处析出M₂₃C₆、M₆C等碳化物，表面未检测到氧化产物。
600℃处理：晶界处析出碳化物并逐渐连接成网状，同时在初次颗粒状析出相和晶界附近析出细小碳化物颗粒，孪晶界上也析出M₆C颗粒。此时，表面形成致密的Cr₂O₃氧化层，随处理时间增厚，晶界处氧化更显著。氧化产物主要为Cr₂O₃，有效阻挡了Ni、Fe等元素向外及氧向内扩散。
800℃处理：晶界上析出网状碳化物后，部分碳化物长大为颗粒状，随后μ相在晶界碳化物附近形核并长大成条带状。母相晶粒内析出碳化物并粗化，同时析出σ相；孪晶界上的M₆C碳化物由颗粒状变为短棒状并逐渐粗化。此时，表面先形成致密的Cr₂O₃层，但随时间增加，氧化层致密性下降，出现团簇状氧化产物，逐渐形成尖晶石氧化物，导致内部氧化。为维持保护性氧化层，Cr元素从晶界和临近表面区域扩散至表面，影响富Cr析出相的析出。
结论对厚度为50μm的GH3536箔材在大气中400℃、600℃、800℃下分别进行100h、300h、500h的氧化行为和组织演变研究，
得出以下结论：
1. 氧化动力学：600℃和800℃时，氧化速率分别为3.6823×10g²cm⁻⁴s⁻¹和1.1858×10g²cm⁻⁴s⁻¹，遵循抛物线规律。初期形成Cr₂O₃为主的致密氧化层，随温度和时间增加，氧化层致密性降低，Ni、Fe元素扩散至表面，与Cr₂O₃反应生成NiCr₂O₄等尖晶石氧化物，数量随时间增加。
2.组织变化：400℃和600℃时，组织变化较小，主要析出碳化物沿晶界网状分布；600℃处理500小时后，母相晶粒内部和孪晶界开始析出碳化物颗粒。高温3.组织演变：800℃时，晶界析出相由网状碳化物转变为条带状μ相，孪晶界M₆C析出相形态变化，母相晶粒内部析出多种颗粒状析出相。
4.耦合现象：800℃时，氧化层形成与析出相析出产生耦合。为维持氧化层，Cr元素从晶界和表面附近扩散至表面，导致μ相只能在箔材中部析出。

以上研究揭示了GH3536箔材在不同温度下的氧化行为和组织演变规律，为高温合金材料的应用提供了重要参考。

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