新型低Cr鎳基合金GH3535高溫氧化行為
發布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-01-28
目前，Hastelloy N合金只有美國進行商業化生產，而GH3535合金是一種具有知識產權的新型國產Ni-Mo-Cr系列高溫合金。對GH3535合金在700～980℃溫度范圍內空氣環境中進行氧化實驗，以探究該合金的抗氧化性能，研究氧化層形貌及成分，為GH3535合金的應用提供實驗基礎和理論依據。
?鎳基高溫合金由于具有較高的高溫強度、良好的韌性、優越的抗腐蝕和抗氧化能力，主要運用于航空發動機、核反應堆和石油化工設備。抗氧化性能是評價高溫合金能否安全使用的重要指標之一，國內外對鎳基高溫合金氧化性能方面進行了許多研究。
在2011年啟動的中國科學院戰略性先導科技專項《未來先進核裂變能》中，將Ni-Mo-Cr系Hastelloy?N合金列為第四代反應堆“釷基熔鹽堆”中的結構材料。美國橡樹嶺國家實驗室選用Hastelloy?N合金做熔鹽堆回路，運行溫度范圍560～760℃，9年后發現氧化層厚度約為50μm，表明Hastelloy?N合金具有優異的抗氧化性能。目前，Hastelloy?N合金只有美國進行商業化生產，而GH3535合金是一種具有知識產權的新型國產Ni-Mo-Cr系列高溫合金。
研究人員對GH3535合金在700～980℃溫度范圍內空氣環境中進行氧化實驗，以探究該合金的抗氧化性能，研究氧化層形貌及成分，為GH3535合金的應用提供實驗基礎和理論依據。
試驗材料選用真空感應爐和真空自耗爐雙聯制備的Φ16mmGH3535合金試棒，化學成分：Mo17.200，Cr6.950，Fe4.060，Mn0.700，Si0.420，Al0.090，Ti0.040，Cu0.010，Co0.010，C0.058，Ni余量。首先將合金試棒在1177℃固溶處理30min，水冷，然后將固溶處理的材料線切割成30mm×10mm×2mm的標準試樣，用金相砂紙逐級打磨至12000#，直至拋光，并用激光打標機進行試樣標記，最后用酒精清洗、去油、烘干后待用。依據GB/T?13303-1991《鋼的抗氧化性能測試方法》和HB5258-83《鋼及合金抗氧化性的測定方法》進行恒溫氧化實驗。試驗結果如下：
（1）GH3535合金在700℃氧化動力學曲線遵循立方規律，870和980℃氧化速度加快。870℃以下屬于完全抗氧化等級，而980℃屬于抗氧化等級。
（2）GH3535合金在700℃無氧化膜剝落，表面氧化層為致密的尖晶石狀氧化物；870℃氧化膜出現了破裂并有少量剝落；980℃下氧化膜出現了大量的剝落現象，致密尖晶石狀氧化膜發生了破壞，出現了許多疏松的氧化顆粒。
（3）700℃氧化膜厚度為4μm左右，有明顯的分層現象。870℃氧化100h后氧化膜厚度增加到10μm左右，且氧化膜的連續性逐漸變為疏松。980℃氧化100h由于外層氧化層疏松剝落，使氧化膜露出內氧化層，且出現“釘楔”狀內氧化孔洞。
（4）通過XRD、能譜和EPMA結果分析，GH3535合金700℃時氧化膜主要組成是外層NiO和NiFe2O4等復合氧化物，中間層Cr2O3、NiCr2O4、MoO2和NiMn2O4等氧化物，內氧化現象不明顯。870和980℃表層NiO隨著其他金屬元素向外擴散，而導致表層氧化膜疏松破裂，Cr與O生成Cr2O3和NiCr2O4抵抗氧的進入，由于高溫下Cr、Mo形成揮發性物質而導致合金的抗氧化性能下降。
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