FGH95和Rene'95合金粉末表面成分和组织结构的分析

D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1987.s1.010 北京钢铁学院学报 Journal of Beijing University Special issue of Iron and Steel Technology No.21987.6 FGH95和Rene'95合金粉末表面成 分和组织结构的分析 吳承建 李景慧 冯松筠 章守华 (金相教研室) 摘 要 对氩气雾化法生产的FGH95和Re。'95粉末颗粒用光学及电子显微镜、X线能谱 和假政谱仪等，观察和分析丁合金粉末的形貌、显微组织和表面化学成分。 Analysis of Composition and Structure of Powder Particle Surface for FGH95 and Rene'95 Alloys Wu Chengjian Li Jinhui Feng Songyun Zhang Shouhua Abstract FGH95 alloy powder produced by argon atomisation and Rene'95 powder have been investigated by using optical microscope,TEM,SEM,EDAX and AES.The morphology and microstructure of powder particles were observed and he composition of the particle surface was determined.The comparison between alloy powder particles was made. 前 言 许多研究若都强调了合金粉末表面化学成分和组织对镍基合金致密化后的机械性能 75

北 京 钢 铁 学 院 学 报 主 。 。 口 和 ’ 合金粉末表面成 分和组织结构的分析 吴承建 李景 慧 冯松药 章守华 曰 金相教研室 摘 要 对扭气雾化 法生产 的 蛤和 ， 产 粉末颗拉用光学及 电子显 微镜 、 射线能 诺 和俄歇谱仪 等 ， 观 察和 分析了合金粉末的形貌 、 显徽组织和 表面化学成分 。 ， 万 “ ” 夕赵 几 ” 翻 人 ‘ ， ， ， · 前 幽 已 许多研究 者 都强调 了合 金粉 末表面 化学 成分 和组 织对 镍 基合 金致 密化后 的 机械性能 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s1．010

起了极其重要的作用(1：。本实验作了这方面的研究测定。研究用的FGH95粉由钢研总 院提供，Rene'95粉由621所提供。 1粉末颗粒表面结构 试验用FGH95筛分成8个等级：①较粗的-20一+80目；②中等的-80一+320目，③较 细的-320目。Rene95粉为商品粉。 用扫描电镜观察粉末。粉末样品用浸蚀剂(5ml浓HNos+25l浓HC1+30 mlH,O)浸蚀1min45s。FGH95粉末颗粒表面存在3种正常的凝固组织。大颗粒表 面的树枝状晶，其一次晶轴较发达，二次轴和三次轴清晰可见，胞状结构存在于中等尺寸 颗粒表面，见图1，较光滑的颗粒表面存在于小颗粒表面，这样3种结构的对照颗粒见 图2。此外，还观察到少数带有包层的颗粒，见图8。通过金相显微镜观察了粉末颗粒 的截面，颗粒表面的包层有单层，也可以有多层，并且有空心、卫星和畸变等缺陷的颗 粒。 ,305 0.005mnm 图1FGH95合金中等颗粒 图2 FGH95合佥三种 图3 FGH95合金带包层 表面的胞状组织 颗粒外观的对比 的颗粒表面 Rene'95粉大多数为圆球形，不规则形状的粉较少，球化也较好。Rene'95粉基本 由两组尺寸的粉组成，大颗粒粉尺寸在40~1004m范围，小颗粒尺寸在10~204m范围， 即使是大颗粒粉末，Ree'95粉表面没有粗大的树枝状晶，表面凝固组织均较细，其他 峡陷如卫星、畸变和包层等缺陷较少。大颗粒表面结构见图4。 通过电镜观察粉末颗粒表面，发现表面上有细小的析出相，见图5和6。 2粉末颗粒表面的成分 用JAMP-10型俄歌谱仅对FGH95和Rene'95两种粉末选择大、中、小8种颗粒尺寸 76

起了极其重要的作用 〔 ‘ 。 本实验作了这方面的研究测定 。 研究用的沁 粉由钢 研 总 院提供 ， 取 产 粉 由 所提供 。 粉末颗粒表面结构 试验用 筛分成 个等级 ①较粗的 一 一 目，② 中等的 一 一 ， 目，③ 较 细的 一 目 。 产 粉为商品粉 。 用扫描电镜观察粉末 。 粉末样品用浸蚀 剂 饥 浓 。 浓 。 浸蚀 。 粉末颗粒 表面存在 种正常的凝固组织 。 大 颖 粒 表 面的树枝状 晶 ， 其一次 晶轴较发达 ， 二次轴和三次轴清晰可 见 ，胞状结构存在于 中等尺寸 颖粒表面 ， 见图 ， 较光滑的颗粒表面存在于小颗粒表面 ， 这样 种结构的对照颖粒见 图 。 此外 ， 还 观察到少数带有包层的颖粒 ， 见 图 。 通过金相显微镜观察了粉末颐粒 的截面 ， 顺粒 表面的包层有单层 ， 也可 以有多层 ， 并且有空心 、 卫星和畸变等缺陷的颖 麟抓戴 图 舫 合金 中等颗拉 表面 的胞状组 织 图 合金三种 颗粒外观的 对比 图 合金 带包层 的颖拉表 面 产 粉 大多数为圆球形 ， 不规 则形状的粉 较少 ， 球化也较好 。 产 粉 基 本 由两组尺寸的粉组成 ， 大颗粒粉尺 寸在 。 。 拜 范 围 ， 小 颗拉尺寸在 邸 范围 ， 即使是大颗粒粉末 ， 产 粉表面没有粗大 的树枝状 晶 ， 表面凝固组织均较 细 ， 其 他 峡陷如卫星 、 畸 变和包层等缺陷较少 。 大颖粒表面结 构见图 。 通过电镜观察粉末颗粒表面 ， 发现表面 上有细小的析出相 ， 见图 和 。 粉末颗粒表面的成分 用 一 型俄歇谱仅对 和 ’ 两种粉末选择大 、 中 、 小 种颗粒尺寸

图4Rene'95合金大颗粒表面树枝晶 图5FGH95颗粒经没烛后观寮到表面的析出相，二次多型 0,8pm 图6Rene'95合金颗粒经浸蚀后观察 图7俄谱歇分析颗粒表面成分的位置 到表面的析出相，二次复型 分析表面化学成分及其在断面上的分布。束斑直径为1m,经过氩离子溅射，然后测各 元素由表面到内部在深度方面的变化。溅射速度以Si0z为标准是90A/min。分析的部位 都是在枝晶干上，如图7中筋头所指的位置。 分析结果表明，FGH95颗粒表面主要有C、O、S、P、N、Ti、Co、AI、Cr和Ni等 元素，而俄歇谱仪对W、Mo、Nb和Z等元素的灵敏度不大。3种尺寸的粉末颗粒表面 均有杂质元素硫和磷的富集，特别是表面硫的富集程度较高，见图9，但富集深度较 浅。至于其他元素则与分析部位的相组成有关。对-20目一+80目的颗粒定点分析的元 从素表面到颗粒内部深度的50A各元素的分布见图10。表面层富集有O、C,N和Ti等，但Ni 和Co则相反，表面含量低于内部。在约20A深度以下，Ni和Co的总含量在60%以上， 是固溶体的成分。在表面层，存在着0.C、N和T等元素的表面偏析。对-80目一+320目 颗粒表面定点分析各元素从表面到内部的分布见图11。最表面Ni和Co含量高而C、O、 N、Ti和Cr等含量低，接近固溶体成分，而在10A深度以下，Ni和Co的含量剧烈降低而 C和O的含量急剧增高，N、Cr和Ti等元素也增高，这有可能在表层出现了含氧的M'C型 碳化物(Ti,Cr)C。 对有包层的FGH95粉未颗粒，分别对包层、颗粒内部和包层/颗粒间界面进行成分 分析，利用扫描电镜配合能谱来测定。所测颗粒见图8，表层下成分的变化见图12。在 包层/颗粒间界面，W、Ti、Cr、AI、Nb及Ni和Co均有偏析。 77

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0-20me5h一 -80mesh ●-320mesh 18 ●-80mh- -*320mesh 14 10 6 06121823036424854 Depth,A 图8 分标包层/颗粒界成分的颗粒 图9FGH95合金三种尺寸粉末颗粒表面 精头足能谐分析线路 硫的高集及表县棘面麓的分布 32 40 28 24 20 20 N 16 16 0 0 8 Co .Ti P 06 183042 6 4 0 16一304254 Depth, Depth,A 图10 FGH95大惭粒从表面到内部 图11FGH95中等顺粒从表面到内部 各元素的分布的定点分析 各元素的分布的定点分析 40 A 20 Cr Co 10 2L 61218243036424854 Depth,um 6T1218243036424854 Depth,um 图12、图8中黑粒沿箭头方向上各元素的浓度变化 78

或口 答 ， 图 分 析 包层 城拉界成 分的硕社 箭头是能谱分析线路 图 合金 三 种尺寸粉末段位表面 硫的富集及 表层截面硫的分布 ，曰乙自 丹，山 几乙，二 匕﹄璐 边伊汕‘容 弓目 口 切 冲八 ︺冈匡 ︸ ， 劝州月语 功 ， 图 大城拉从 表面到 内 部 各元素的分布的定点分析 图 舫中等城拉从表面到内部 各元 素的分布的定点分析 阵 份产叭 产 产‘ ， ‘二 冻介饮共加 冲妇。尔 ， 闭一一。。 百 ，， 的幼 已冲口。只称 ， 公 毛 ，林 图 、 图 中 位沿 箭 头方 向 各元 李的浓 度变化

对Rene'95粉末颗粒分析表明，颗粒表面富集有S、O、C、Ti、Cr、A1、Cl等元素， 表面的俄歇谱见图13。可以明显看到C1的俄歇峰。硫在粉末表面有明显的偏析，但其层 很薄，见图14。在颗粒内部硫含量很微。粉未颗粒大小也影响到表面硫含量。氧在表层 有很高的浓度，经殿射60s后仍有很高的含量，由表面到内部氧浓度的变化见图15。碳在 表面也有很高浓度，截射60s后变化不大，见图16。颗粒表面层成分的变化见图17。 0532 Cr 图13Reaa'95粉表面的俄歌谐 ●Lnrge ●Lorge ●Medial o Small 0.3 ●cdial o Smnall 0.10 0.08 0.1 13715 30 60 0.D2 Sputter time,t(s) 1371330 60 Sputter time,t(s) 图14在不同尺寸Ra'95粉表县的偏聚 图15T氧在不同尺寸Rae95粉表层中的分布 ●Lage Medinl 0.3 o Small 0.3 0.2 0.2 tioy 0.1 Cr 0.5 15 30 60 7 1530 60 Sputter time,t(s) Sputter time,t(s) 图18碳在不同凡寸R●'96粉表晶的分布 图17各元素在大顺拉Ren'95粉表县的分布 79

对 。 ’ 粉末颗粒分析表明 ， 颗粒表面富集有 、 、 、 、 、 、 等元素 ， 表面的俄歇谱见 图 。 可以 明显看到 的俄歇峰 。 硫在粉末表面有明显的偏析 ， 但其层 很 薄 ， 见 图 。 在颗粒 内部硫 含量很微 。 粉末颖粒大小 也影响 到表面硫 含量 。 氧在 表层 有很 高的浓 度 ， 经溅 射 后仍有很 高的 含量 ， 由表面 到内部氧浓 度的变化见 图 。 碳在 表面 也 有很 高浓度 ， 溅射 后 变化不大 ， 见 图 。 颗粒 表面层成分的变化 见 图 。 梦 邵 图 ‘ 。 粉表 面 的俄歇 普 加馆。 口 几口侧 汤日 古 ’ 一 一 江卡书 铸圳歼丫‘ 州如。一三。巴 】 之 ， ， 卜乐‘ 一脚‘忍‘ 场 一 丽 训 ， 亏 图 硫庄不同尺 寸 。 。 。 ‘ ， 粉表县的偏聚 图 了氧在 不同尺寸 。 。 粉表层中的分 布 沙刃 ‘ 、 二 ‘ 洲 、 福 二卜又诊 ﹄二‘。亡 妇︸哭材日。。巴 ， 匆 ， 圈 碳在 不 同尺 寸 尹 络粉表层的分布 图片 各元 素在 大城 枚 。 。 ‘ 粉表层的分 布

3Rene'95和FGH95粉的比较 (1)表面组织 Rene'95粉明显是由两种尺寸规格的粉混合制成商品粉，一种尺寸粉在40~100m的 范围，另一种在10~20单m尺寸范围。而且它的表面结晶组织比FGH95要细小，很少出 现粗大的树枝状晶。两种粉表面均有析出相，其形貌基本相同。 (2)各种尺寸的Rene'95粉表面均有Cl的富集，而内部均未发现。FGH95粉均未 发现Cl的存在。这可能是Rene'95粉在生产过程中所造成的。文献3表明C1在镶中是 晶界和表面偏聚元素，因而它可能在治炼过程中或者在雾化过程和粉末表面处理时带* 的。 (3)Rene'95和FGH95粉表面均有硫和磷的偏聚。早期FGH95粉表面硫含量比 Rene95粉要高些，1983年生产的FGH95粉表面硫含量均低于Rene'95粉。 Rere'95粉表面Ti含量在10%左右，而FGH95粉表面含Ti量在7at%左右，前者稍高。 两者表面Cr和C含量相近。这表明Rene95和FGH95粉表面都存在着大量M'C碳化物， 且溶解有氧。 参考文献 [1 Aubin,C.,Davidson,J.H.and Trottier,J.P..Superalloys,1980,345 [2 Domingue,J.A.,Boesch,W.J.and Radavich,J.F.:Superalloys.1980,336 3]Fukushima,H.,Birabaum,H.K.:Scripta Metallurgia,16 (1982),753 80

， 和 粉的比较 表面组织 。 尹 粉明显是由两种尺寸规格的粉混合制成商 品粉 ， 一种尺寸粉在 。 。梦 的 范围 ， 另一 种在 郎 尺寸范围 。 而且它的表面结晶组织比 要细小 ， 很 少 出 现粗大的树枝状 晶 。 两种粉表面均有析出相 ， 其形貌 基本相同 。 各种尺 寸的 。 尹 粉 表面均有 的 富集 ， 而内部均未发现 。 粉均 未 发现 的存在 。 这可能是 产 粉在生 产过程 中所造成的 。 文献 表明 在 镍 中 是 晶界和表面偏聚元素 ， 因 而 它可能在 冶炼过程 中或者在雾化过程和粉末表面处理时带供 的 。 助 尹 和 粉表 面均有硫 和磷 的偏聚 。 早期 粉表面硫 含量比 夕 粉要 高些 ， 年生 产的 粉 表面硫含量均低于 夕 粉 。 尸 粉表面 含量在 左右 ， 而 粉表面含 量在 左右 ， 前者稍 高 。 两者表面 和 含量相近 。 这 表明 产 和 粉表面都存在着大量 产 碳化 物 ， 且溶解有氧 。 ， 考 文 欲 ， ， 〕 〕 ， ， ， 。 。 ， ， 。 ， ， ， 。 。 ， ， ， 。