D0I:10.13374/j.issn1001053x.1996.s2.002 第18卷增刊 北京科技大学学报 VoL.18 1996年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1996 高能量密度等离子体表面微晶化 对Fe,Al高温氧化的影响 王永刚”何业东”朱日彰》杨思泽》 1)北京科技大学表面科学与腐蚀工程系，北京1000832)中国科学院物理研究所 摘要应用高能量密度等离子体对F,Al进行微品化处理，在合金表面获得了晶粒尺寸介于10 ~I00nm的微晶层.对比研究了铸态Fe,Al微晶处理前后在空气中I000C高温氧化的行为和规 律，发现微晶化处理后，合金表面在氧化过程中形成了微晶氧化膜，极大地改善了氧化膜的塑 性和粘附性，氧化速率显著降低、氧化动力学服从4次方规律 关键词等离子体，微晶化，高温氧化，腐蚀 Fe,A】以其良好的高温强度、较小的相对密度和低廉的价格等优势，可望在能源、化工、 冶金等工业中广泛应用.抗高温氧化性能是高温材料必须具备的性能之一，因此，研究F©，A1 的抗高温氧化性能具有重要的现实意义.F,Al高温氧化过程中虽然增重较小l,),但是氧化 膜在冷却过程中大量剥落1~，在1000℃以上氧化时，氧化膜粉化严重5，，非连续氧化 时还会出现基体沿晶开裂碎解现象)合金中添加微量合金元素对F,Al的抗高温氧化性能 没有明显的作用⑧1，而且对其力学等性能还会有一定的不利影响.我们首次采用高能量密度 等离子体(HEDP)对Fe,Al表面进行微晶化处理，获得了纳米级微晶层.实验证明，它可以 极大地改善氧化膜的塑性和粘附性，明显降低氧化速率，改善氧化动力学规律， 1实验方法 (1)实验材料 实验用Fe3AI(实际化学成分（质量分数）为Fe-27.86%AI).以工业纯原料在非自耗真 空电弧炉中冶炼，重熔3次，然后滴铸成方棒状铸锭，经1000℃、5h均匀化处理后，切割 成20mm×10mm×1mm的试样，水砂纸研磨至1000#.在无水乙醇中经超声波清洗处理 后，冷风吹干作为高温氧化试样 (2)微晶化处理装置及过程 将研磨后的试样再用0.5m的金刚砂膏抛光，清洗，吹干后，用磁铁将试样吸在试样 座上，在高能量密度等离子体(HEDP)处理装置中进行表面处理.图1为装置结构示意图， 其由同轴等离子枪、充放电控制系统、快速脉冲进气阀、真空系统和样品夹持架5部分组成. 1996-05-15收稿 第一作者男32岁博士 *国象自然科学基金及冶金部腐蚀磨蚀与表面技术开放研究实验室资助
第18 卷 增刊 1 9 9 6年 1 0月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s iyt o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o yg B e ij in g V 0 L1 8 o c t 一 1 9 9 6 高能量 密度等离子 体表 面微 晶化 对 F e 3A I 高温 氧化 的影 响 ’ 王 永 刚 ` ) 何业 东 ` ) 朱 日 彰 ’ ) 杨 思泽 2) 1 )北京科 技 大学 表面 科学 与腐蚀工 程 系 , 北京 10 00 8 3 2) 中国 科学 院 物 理研究 所 摘要 应用 高能 量密度等离子 体对 eF 3 IA 进行微 晶化处理 , 在合 金表面 获得 了晶粒尺 寸介 于 10 一 10 lun 的微 晶层 . 对 比研究 了铸态 F e3 A I微晶 处理前后在空 气 中 10 0 ℃ 高温氧化的 行为和 规 律 , 发现微晶化处理 后 , 合金表 面 在氧化过程 中形成 了微 晶氧化膜 , 极大地改善 了 氧化膜的塑 性和粘附性 , 氧化 速率显著降低 , 氧化动 力学服从 4 次方规律 . 关健词 等 离子体 , 微 晶化 , 高温氧化 , 腐蚀 eF 3 AI 以 其 良好 的高 温 强度 、 较小 的相 对 密度 和低 廉 的价格 等优 势 , 可望在 能 源 、 化 工 、 冶 金等 工 业 中 广泛 应 用 · 抗 高 温 氧化 性 能 是 高 温材 料 必须 具 备 的性 能 之一 因此 , 研 究 eF 3A I 的抗 高 温氧 化性 能具 有重 要 的现 实意 义 . eF 3 AI 高温 氧化 过程 中虽 然增 重较小 l[ .2j , 但 是 氧化 膜 在冷 却 过程 中大 量剥 落 l[ 一 礴〕 , 在 10 0 ℃ 以 上 氧 化 时 , 氧化 膜 粉化 严 重 5[,e ] , 非 连 续 氧化 时还 会出现 基 体沿 晶 开裂 碎解 现 象7I[ . 合金 中添加 微量 合金元 素对 eF 3 AI 的抗 高 温氧 化 性能 没 有 明显 的作 用 8[] , 而且 对其力 学 等 性能 还 会有 一定 的不利 影 响 . 我们首 次采 用 高能 量 密度 等离子 体 (H E D )P 对 eF 3 AI 表 面进行 微 晶 化处理 , 获 得 了纳 米级 微 晶层 . 实验 证 明 , 它 可 以 极大 地 改善 氧化膜 的塑性 和粘 附性 , 明 显降低 氧 化速 率 , 改善 氧化 动力 学规律 . 1 实验方法 ( l) 实验材 料 实验 用 eF 3 AI ( 实 际化 学成 分 (质 量 分 数 ) 为 eF 一 27 . 86 % lA ) . 以 工 业纯 原料 在 非 自耗真 空 电弧炉 中冶 炼 , 重 熔 3 次 , 然后 滴 铸成 方棒状 铸锭 , 经 10 0 ℃ 、 s h 均匀 化处理后 , 切 割 成 20 ~ x 10 m m x l ~ 的试 样 , 水砂 纸研磨 至 10 0 #0 . 在 无 水 乙 醇 中经 超声 波清洗 处理 后 , 冷 风 吹干 作为 高 温氧 化试样 . (2 )微 晶 化处理 装 置及 过 程 将 研磨 后 的试 样 再用 .0 5 m 的金 刚砂 膏 抛光 , 清 洗 , 吹 干后 , 用 磁 铁将 试样 吸 在 试样 座 上 , 在 高能 量 密度 等 离 子体 ( H E D )P 处理 装置 中进行 表 面处理 . 图 1 为 装置 结构 示意 图 , 其 由同轴 等 离 子枪 、 充 放 电控 制 系 统 、 快 速 脉 冲 进 气 阀 、 真 空 系 统和 样 品夹 持架 5 部分 组成 . 19 6 一 05 一 巧 收稿 第一 作者 男 32 岁 博士 * 国 家 自然科学基金及冶金部腐蚀 一 磨蚀 与 表面 技术开放研究实验室 资助 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. s2. 002
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第18 卷 增刊 1 9 9 6年 1 0月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s iyt o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o yg B e ij in g V 0 L1 8 o c t 一 1 9 9 6 高能量 密度等离子 体表 面微 晶化 对 F e 3A I 高温 氧化 的影 响 ’ 王 永 刚 ` ) 何业 东 ` ) 朱 日 彰 ’ ) 杨 思泽 2) 1 )北京科 技 大学 表面 科学 与腐蚀工 程 系 , 北京 10 00 8 3 2) 中国 科学 院 物 理研究 所 摘要 应用 高能 量密度等离子 体对 eF 3 IA 进行微 晶化处理 , 在合 金表面 获得 了晶粒尺 寸介 于 10 一 10 lun 的微 晶层 . 对 比研究 了铸态 F e3 A I微晶 处理前后在空 气 中 10 0 ℃ 高温氧化的 行为和 规 律 , 发现微晶化处理 后 , 合金表 面 在氧化过程 中形成 了微 晶氧化膜 , 极大地改善 了 氧化膜的塑 性和粘附性 , 氧化 速率显著降低 , 氧化动 力学服从 4 次方规律 . 关健词 等 离子体 , 微 晶化 , 高温氧化 , 腐蚀 eF 3 AI 以 其 良好 的高 温 强度 、 较小 的相 对 密度 和低 廉 的价格 等优 势 , 可望在 能 源 、 化 工 、 冶 金等 工 业 中 广泛 应 用 · 抗 高 温 氧化 性 能 是 高 温材 料 必须 具 备 的性 能 之一 因此 , 研 究 eF 3A I 的抗 高 温氧 化性 能具 有重 要 的现 实意 义 . eF 3 AI 高温 氧化 过程 中虽 然增 重较小 l[ .2j , 但 是 氧化 膜 在冷 却 过程 中大 量剥 落 l[ 一 礴〕 , 在 10 0 ℃ 以 上 氧 化 时 , 氧化 膜 粉化 严 重 5[,e ] , 非 连 续 氧化 时还 会出现 基 体沿 晶 开裂 碎解 现 象7I[ . 合金 中添加 微量 合金元 素对 eF 3 AI 的抗 高 温氧 化 性能 没 有 明显 的作 用 8[] , 而且 对其力 学 等 性能 还 会有 一定 的不利 影 响 . 我们首 次采 用 高能 量 密度 等离子 体 (H E D )P 对 eF 3 AI 表 面进行 微 晶 化处理 , 获 得 了纳 米级 微 晶层 . 实验 证 明 , 它 可 以 极大 地 改善 氧化膜 的塑性 和粘 附性 , 明 显降低 氧 化速 率 , 改善 氧化 动力 学规律 . 1 实验方法 ( l) 实验材 料 实验 用 eF 3 AI ( 实 际化 学成 分 (质 量 分 数 ) 为 eF 一 27 . 86 % lA ) . 以 工 业纯 原料 在 非 自耗真 空 电弧炉 中冶 炼 , 重 熔 3 次 , 然后 滴 铸成 方棒状 铸锭 , 经 10 0 ℃ 、 s h 均匀 化处理后 , 切 割 成 20 ~ x 10 m m x l ~ 的试 样 , 水砂 纸研磨 至 10 0 #0 . 在 无 水 乙 醇 中经 超声 波清洗 处理 后 , 冷 风 吹干 作为 高 温氧 化试样 . (2 )微 晶 化处理 装 置及 过 程 将 研磨 后 的试 样 再用 .0 5 m 的金 刚砂 膏 抛光 , 清 洗 , 吹 干后 , 用 磁 铁将 试样 吸 在 试样 座 上 , 在 高能 量 密度 等 离 子体 ( H E D )P 处理 装置 中进行 表 面处理 . 图 1 为 装置 结构 示意 图 , 其 由同轴 等 离 子枪 、 充 放 电控 制 系 统 、 快 速 脉 冲 进 气 阀 、 真 空 系 统和 样 品夹 持架 5 部分 组成 . 19 6 一 05 一 巧 收稿 第一 作者 男 32 岁 博士 * 国 家 自然科学基金及冶金部腐蚀 一 磨蚀 与 表面 技术开放研究实验室 资助
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第18 卷 增刊 1 9 9 6年 1 0月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s iyt o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o yg B e ij in g V 0 L1 8 o c t 一 1 9 9 6 高能量 密度等离子 体表 面微 晶化 对 F e 3A I 高温 氧化 的影 响 ’ 王 永 刚 ` ) 何业 东 ` ) 朱 日 彰 ’ ) 杨 思泽 2 ) 1 )北京科 技 大学 表面 科学 与腐蚀工 程 系 , 北京 10 00 8 3 2) 中国 科学 院 物 理研究 所 摘要 应用 高能 量密度等离子 体对 eF 3 IA 进行微 晶化处理 , 在合 金表面 获得 了晶粒尺 寸介 于 10 一 10 lun 的微 晶层 . 对 比研究 了铸态 F e3 A I微晶 处理前后在空 气 中 10 0 ℃ 高温氧化的 行为和 规 律 , 发现微晶化处理 后 , 合金表 面 在氧化过程 中形成 了微 晶氧化膜 , 极大地改善 了 氧化膜的塑 性和粘附性 , 氧化 速率显著降低 , 氧化动 力学服从 4 次方规律 . 关健词 等 离子体 , 微 晶化 , 高温氧化 , 腐蚀 eF 3 AI 以 其 良好 的高 温 强度 、 较小 的相 对 密度 和低 廉 的价格 等优 势 , 可望在 能 源 、 化 工 、 冶 金等 工 业 中 广泛 应 用 · 抗 高 温 氧化 性 能 是 高 温材 料 必须 具 备 的性 能 之一 因此 , 研 究 eF 3A I 的抗 高 温氧 化性 能具 有重 要 的现 实意 义 . eF 3 AI 高温 氧化 过程 中虽 然增 重较小 l[ .2j , 但 是 氧化 膜 在冷 却 过程 中大 量剥 落 l[ 一 礴〕 , 在 10 0 ℃ 以 上 氧 化 时 , 氧化 膜 粉化 严 重 5[,e ] , 非 连 续 氧化 时还 会出现 基 体沿 晶 开裂 碎解 现 象7I[ . 合金 中添加 微量 合金元 素对 eF 3 AI 的抗 高 温氧 化 性能 没 有 明显 的作 用 8[] , 而且 对其力 学 等 性能 还 会有 一定 的不利 影 响 . 我们首 次采 用 高能 量 密度 等离子 体 (H E D )P 对 eF 3 AI 表 面进行 微 晶 化处理 , 获 得 了纳 米级 微 晶层 . 实验 证 明 , 它 可 以 极大 地 改善 氧化膜 的塑性 和粘 附性 , 明 显降低 氧 化速 率 , 改善 氧化 动力 学规律 . 1 实验方法 ( l) 实验材 料 实验 用 eF 3 AI ( 实 际化 学成 分 (质 量 分 数 ) 为 eF 一 27 . 86 % lA ) . 以 工 业纯 原料 在 非 自耗真 空 电弧炉 中冶 炼 , 重 熔 3 次 , 然后 滴 铸成 方棒状 铸锭 , 经 10 0 ℃ 、 s h 均匀 化处理后 , 切 割 成 20 ~ x 10 m m x l ~ 的试 样 , 水砂 纸研磨 至 10 0 #0 . 在 无 水 乙 醇 中经 超声 波清洗 处理 后 , 冷 风 吹干 作为 高 温氧 化试样 . (2 )微 晶 化处理 装 置及 过 程 将 研磨 后 的试 样 再用 .0 5 m 的金 刚砂 膏 抛光 , 清 洗 , 吹 干后 , 用 磁 铁将 试样 吸 在 试样 座 上 , 在 高能 量 密度 等 离 子体 ( H E D )P 处理 装置 中进行 表 面处理 . 图 1 为 装置 结构 示意 图 , 其 由同轴 等 离 子枪 、 充 放 电控 制 系 统 、 快 速 脉 冲 进 气 阀 、 真 空 系 统和 样 品夹 持架 5 部分 组成 . 19 6 一 05 一 巧 收稿 第一 作者 男 32 岁 博士 * 国 家 自然科学基金及冶金部腐蚀 一 磨蚀 与 表面 技术开放研究实验室 资助
Vol.18 王水刚等：高能量密度等离子体表面微晶化对FAl高温氧化的影响 。9 3 分析讨论 3.1微晶化对Fe,A1高温氧化性能的影响 随着双相钢及冷轧钢的广泛应用，组织结构及晶粒度的影响逐渐引起人们的关注.但 是，对晶粒度影响合金的抗氧化性能的报道却大相径庭.对晶粒度效应的解释也各执一词， 没有形成统一认识9~山.最近作者对此进行综合研究，提出了晶粒度对合金抗氧化性能的 影响的正负取决于实验温度、合金的成分、以及晶粒度等级的观点 在本实验条件下，Fe,Al中A1的含量接近于形成单一AL,0,氧化膜所需最小临界值， 晶粒度小于100nm.由实验结果可以看出，微晶化对Fe,Al抗氧化性能的影响主要有：(I) 提高了氧化物形核率，形成了微晶氧化膜层，提高了氧化膜的蠕变性能.同时氧化膜均匀 且极薄，减小了膜中的生长应力.因此，大大提高了氧化膜的塑性和粘附性；(2)大大提高 了基体表层晶界密度，加快了A1在基体中的扩散，促进了AI的选择氧化，形成了单一、致 密的氧化膜.因此，提高了氧化膜的保护作用. 3.2微晶化对Fe,A1高温氧化动力学规律的影响 一般认为，氧化膜中的传输过程由晶格扩散和沿晶界传质共同决定.随着表面氧化物 结构和晶粒度的不同，两部分扩散在总体中所占的比重有所不同. 设有效扩散系数D由晶格扩散系数D和晶界扩散系数D,决定： Deit =D(1-f)+Df (1) 式中，∫为晶界在总扩散结点所占的分数，时刻t单位面积中晶界所占的分数为： h=-2d (a。+k)万 (2) 式中，d晶界的宽度：a。为氧化物的晶粒边长（或直径）的初始值，k为常数 氧化速率按有效扩散系数可表达为： -aD (3) 式中，x为氧化膜的厚度；2为氧化膜的单位体积；Tc为缺陷在氧化膜中的浓度差.将(1) 、(2)式代入(3)式，并且由于D,·D并忽略d随时间的变化，得： 「，，D。2d1 2=22D,△c1+方a+网 (4) 当氧化物的晶粒极小时，（④）式可以简化为 2=22Ac 2dD (a+k)2 (5) 积分得 x2=A(a6+k)2 (6) 这里A=82d△cDk,考虑到初始条件：0，x0,(6)式可化简为 x=A2kt (7) 即 x=kpt (8) 这里k,=A2k=6422P△c2D队'，这表明，当Fe,Al微晶化后，氧化动力学遵从4次方规律 将HEDP处理后Fe,AI高温氧化动力学数据以（△WIA)对时间t作图，呈直线（图4）.可
v ol . IS 王 永刚等: 高能量 密度 等离子体表 面微晶 化对 eF 3 IA 高温 氧化的影 响 . 9 . 3 分析讨论 3 . 1 微晶化对 eF 3 IA 高温氧化 性能 的影 响 随着 双相钢 及 冷轧 钢 的广 泛 应 用 , 组 织 结 构及 晶 粒度 的影 响逐 渐 引起 人们 的 关注 . 但 是 , 对晶粒 度影 响合 金 的抗 氧化 性 能 的报 道却 大 相径庭 . 对 晶粒 度 效应 的解 释也 各执 一词 , 没有形 成统 一认 识 9[ 一 川 . 最 近作 者 对此 进 行综 合研 究 , 提 出 了 晶粒 度 对合金 抗 氧化性 能 的 影 响 的正负取 决于 实验 温度 、 合 金 的成分 、 以 及 晶粒度 等 级 的观 点 . 在本 实验 条件 下 , F e 3A I 中 lA 的含 量接 近于 形 成 单一 1A 2 0 3氧 化膜 所 需最 小 临界 值 , 晶 粒度 小于 10 n m . 由实 验结 果 可 以 看 出 , 微 晶化 对 eF 3 AI 抗 氧 化性 能 的影 响主 要 有 : (l ) 提 高了 氧化物 形 核 率 , 形 成 了 微 晶氧 化 膜层 , 提 高 了 氧 化膜 的蠕 变性 能 同时 氧化 膜均 匀 且 极 薄 , 减 小 了 膜 中 的生 长应 力 . 因 此 , 大大 提 高 了氧 化 膜 的塑 性 和粘 附 性 ; (2) 大大 提 高 了基 体表 层 晶界 密度 , 加 快 了 A l 在基 体中 的扩 散 , 促进 了 A I 的 选择 氧化 , 形成 了单一 、 致 密 的氧化 膜 . 因此 , 提 高 了 氧化 膜 的保 护作 用 . .3 2 微晶化对 eF 3 AI 高温 氧化 动 力学 规律的 影 响 一 般认 为 , 氧化 膜 中的传 输 过 程 由晶格 扩 散 和 沿 晶界 传 质共 同决定 . 随 着表 面 氧化 物 结 构和 晶粒度 的不 同 , 两部 分扩 散在 总 体 中所 占的 比重有 所不 同 . 设有 效 扩散 系数 D 。 。 由晶格 扩散 系 数 D ,和 晶界扩 散系 数 D b决定 : D 。 。 = D l ( l 一 f) + D J ( 1) 式 中 , f 为 晶界在 总 扩散 结点 所 占的分数 , 时刻 t 单位 面积 中晶界所 占的分 数 为 : 2 d ( a 。 + kt) ’ ` 2 ( 2 ) 式 中 , d 晶界 的 宽度 ; a 。为氧化 物 的 晶粒边 长 (或直 径 ) 的初 始值 , k 为 常数 . 氧化速率 按有效 扩 散 系数 可表 达 为 : dx 。 ~ △c 丁 = 二才曰 e n几于 式 中 , x 为氧 化膜 的厚度 ; 口 为 氧化膜 的 单位 体积 ; 夕 c 为缺 陷在氧 化膜 中 的浓度 差 . 、 (2) 式代 人 (3 )式 , 并且 由于 D 、 》 D I , 并 忽 略 d 随时 间的变 化 , 得 : ( 3 ) 将 ( l ) 2濡 一 “ “ D I△ “ . 口b Zd l 十 弋二 - 一一二丫 一 一 产号, ; D l ( a 舌+ kt ) ’ “ D b ( 4 ) 当氧化物 的晶粒极小 时 , (4) 式 可 以 简化 为 2濡 一 2“ △ 2口D 、 ù 少、产、. 、曰孟U 了、.f ` 、 心 a( 言十 k)t ’ “ 积分 得 这 里 A = 、夕. 声、产. , 了、. O矛C x Z = A ( a 孟 + 幻 ) ’ ` ’ s o d △ cD b-k ’ , 考虑 到初 始条 件 : 拼。 , 厂。 , (6 ) 式 可化 简 为 x 4 二 A Z kt x 4 = 气t 这 里气= A Z k 一 64 0 2子 △c 勿扯 一 ’ , 这 表 明 , 当 F e 3 AI 微 晶化后 , 氧 化 动力学遵 从 4 次方规律 . 将 H E D P 处理后 eF 3 AI 高温 氧化 动力 学 数据 以 ( △ 撇) ` 对 时间 t 作 图 , 呈直 线 ( 图4) . 可
·10· 北京科技大学学报 1996年 见，微晶Fe,Al高温氧化动力学规律与理论计算完全符合. 4结论 (I)F3A1表面经高能量密度等离子体处理后，可以在表层获得晶粒直径为l0~ 100nm的微晶层. (2)F©，A1表面微晶化后具有优异的抗高温氧化性能.主要原因是①提高了氧化物形核 率，形成了微晶氧化膜层，提高了氧化膜的蠕变性能；氧化膜极薄，诚小了膜中的生长应 力，因此，大大提高了氧化膜的塑性和粘附性，②提高了晶界密度，大大促进了A1的选择 氧化，大大提高了氧化膜的完整性、单一性和致密性，因此，大大提高了氧化膜的阻挡层作 用.③微晶化后氧化服从4次方规律，大大降低了氧化速度. (3)微品F,Al高温氧化时，形成微晶氧化膜，在氧化过程中氧化物晶粒会发生长大，从 而减少短路扩散通道，影响氧化动力学规律.经理论计算微晶氧化动力学规律为x=k1,即 遵从4次方规律. 参考文献 1 Devan J H.In Oxidation of High Temperature Intermatellics.Edited by Grokstein T G and Doychak J,TMS Warrendale,PA,1989.107 2郭军等.兵器材料科学与工程，1992,515)：20 3 Prescott R.Proceedings of the Work Shop on High Temperature Corrosion of Advanced Materials and Protective Coatings.Tokyo:Japan,1990 4 Tortorelli P F,Devan J H.Mater Sci Eng,1992,A153:573 5孙超等.腐蚀科学与防护技术，1993,2(5)：109 6王永刚等.中国腐蚀与防护学会建会十五周年学术年会论文集.北京，1994.57 7王永刚.F,A1高温腐蚀与防护机理：[学位论文].北京：北京科技大学，196 8 Mckamey C G,et al.J Mater Res,1991,6(8):1779 9 Takeyama M.Liu C T.Acta Metal,1989.37:2681 10 Abe F,et al.Corros Sci.1981.21(12):819 11 Singh Raman R K,et al.Oxid Met.1992.37(1/2):1 (下转15页)
北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 6年 见 , 微 晶 eF 3 AI 高温 氧化 动力 学规律 与理 论 计算 完全 符合 · 4 结论 ( 1) eF 3 AI 表 面 经 高 能 量 密度 等 离 子 体 处 理 后 , 可 以 在 表层 获 得 晶粒 直 径 为 10 一 10 0 nm 的微 晶 层 . (2) 残lA 表 面微 晶化 后具 有优 异 的抗 高温 氧化性 能 主要原 因 是 ① 提 高 了 氧化物 形核 率 , 形成 了微 晶氧 化 膜层 , 提 高 了 氧化 膜 的蠕 变 性 能 ; 氧 化 膜极 薄 , 减 小 了膜 中 的生 长应 力 , 因 此 , 大 大提 高 了 氧化 膜 的 塑性 和粘 附性 . ② 提 高 了 晶界 密度 , 大大促 进 了 lA 的 选择 氧化 , 大 大提 高 了 氧 化膜 的完整 性 、 单一 性 和致 密性 , 因此 , 大 大提 高 了 氧化 膜 的阻挡层 作 用 . ③ 微 晶化 后氧 化服 从 4 次 方规律 , 大大 降低 了氧化 速度 . (3) 微晶 F e 3A I 高 温 氧化 时 , 形成 微 晶氧 化膜 , 在氧化 过 程 中氧化 物 晶粒 会发生 长大 , 从 而 减 少短 路 扩散 通道 , 影 响 氧化 动 力学 规律 · 经 理论 计 算微 晶 氧化 动力 学规律 为 妒一勺 , 即 遵 从 4 次方 规律 . 参 考 文 献 1 D e v a n J H . nI O x i d a t i o n o f H i g h T e m Pe ar n 叮e ih t e mr a t e l li e s . E d i t e d b y G or kS t e in T G an d D o y e h ak J , T M S W aJ 汀 e n d a l e , P A , 1 9 8 9 . 1 0 7 2 郭军等 . 兵器材料科学与 工程 , 1 9 92 , 5( l :5) 20 3 P er s e o t R . P or e e e din g s o f ht e W o kr S h o P o n H ig h T e m P e ar trU e C o or s i o n o f A d v an e e d M a t e ir a l s an d P r o t e e it v e C o a tin g s . T o ky o : J a P an , 19 9 0 4 T o ort r e lli P F , D e v a n J H . M a t e r S e i E n g , 19 9 2 , A 1 5 3 : 5 7 3 5 孙超等 . 腐蚀科学与 防护技术 , 19 93 , 2 (5) : 10 9 6 王 永刚等 . 中国腐蚀 与防护学会建 会十五周 年学术年会论文集 . 北京 , 1 9 9 4 _ 57 7 王 永刚 . eF 3 IA 高温腐 蚀与防 护机理 :[ 学位论文 ] . 北京: 北京科技大学 , 1 9 96 8 M c k am e y C G , e t a l . J M a t e r R e s , 1 9 9 1 , 6 ( 8 ) : 1 7 7 9 9 T ak e y a m a M , L i u C T . A c t a M e t a l , 19 8 9 , 3 7 : 2 6 8 1 10 A b e F , e t a l . C o mr s S e i , 19 8 1 , 2 1戈1 2 ) : 8 19 1 1 S in g h R am a n R K , e t a l . O x id M e t · 1 9 9 2 , 3 7 ( l /2 ) : l ( 下转 15 页)
Vol.18 左禹等：表面粗糙度对非晶态合金亚稳态小孔形核和生长的影响 ·15· ABSTRACT The effect of surface roughness on nucleation and growth of metastable pitting on amorphous NiCrFeSiB alloy was studied using potentiostatic and potentiody- namic polarization tests.Nucleation of metastable pits on the alloy was significantly facili- tated by rougher surface.Both the growth rate parameters and the peak currents of metastable pits follow log-normal distribution.Rougher surface also promoted the growth of metastable pits,and lead to a wider distribution of the growth rates. KEY WORDS pitting,current fluctuation,surface roughness,amorphous alloy 少时十++十+++分十+十十十+十才十++分十十十十十中++十中→十十中十以十→+十片十十十+十中中” (上接第10页) Influence of Micro-Crystallization by High Energy Density Plasma on High Temperature Oxidation of Fe,Al Wang Yonggang》He Yedong'Zhu Rizhang》Yang Sise2） 1)Department of Surface and Corrosion Engineering.USTB,Beijing 100083,PRC 2)Institute of Physics Academia Sinica ABSTRACT High energy density plasma technique (HEDP)was applied to surface treat- ment of Fe,Al.A micro-crystalline layer with grain sizes between 10 and 100nm was obtained.Isothermal oxidation at 1000 c in air for cast Fe,Al before and after micro-crystallizing was studied.The results showed that for the micro-crystalline Fe,Al, (1)a micro-crystalline oxide scale formed during oxidation;(2)the plasticity and adhe- sion of oxide scale was remarkably improved;(3)the oxidation rate was decreased;(4) the oxidation kinetics obeyed the forth power equation law. KEY WORDS plasma,micro-crystallization,high temperature oxidation,corrosion
V o l . 1 8 左禹等: 表 面粗糙度 对非 晶 态合金亚稳态小孔形核和 生 长 的影 响 l 5 A B S T R A C T T h e e fe e t o f s u rfa e e r o u g hn e s s o n n u e l e a t i o n an d g r o w th o f m e tas ta b l e P i币n g o n am o rp h o u s N IC rF e s iB a ll o y w a s s tu d i e d u s in g P o t e n ti o s ta t i e an d P o t e n t i o d y - n am i e P o lari za ti o n t e s ts . N u e l e a t i o n o f m e ta s ta b l e P i t s o n th e a ll o y w a s s ign ifi e an t l y fac ili - ta e d b y r o u g h e r s u ri 泊e e . B o th th e g r o w th ra t e P ar m e t e r s a n d th e P e ak e u r e n ts o f m e tas ta b l e P its fo ll o w 1 0 9 一 n o rm a l d i s tri b u t i o n . R o u g h e r s u rfa e e a l s o P r o m o t e d th e gr o 节八h o f m e ta s ta b l e Pits , an d l e a d t o a w i d e r d i s itr b u t i o n o f ht e g r o w ht r a t e s . K E Y W O R D S P i t in g , e ur e n t fl u e ut a ti o n , s u r af e e r o u g h n e s s , am o pr h o u s a ll o y + 今卡 + + 卡 + + + + + + + + 令 + + + + + + + + + + + + + + + 令 + + + + + + 令 + 令 + + + + + + + + + + + , (上 接 第 10 页 ) I n fl u e n e e o f M i e r o 一 C 刁s t a lli z a t i o n b y H i g h E n e r g y D e n s ity p l a s m a o n H i g h T e m p e r a tu r e o x i d a t i o n o f F e 3A I 肠 n g 为 n 缈 n g l ) 价 冷内 n g l ) 肋 u 尺iz 六a n g l ) 为 n g isz e Z) l ) D e P a rt m e n t o f S u r af c e an d C o or s i o n E n g i n e e irn g , U S T B , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , P R C 2 ) I n s t i tu t e o f P h y s i e s , A e ad e m i a S in i e a A B S T R A C T H i g h e n e rg y d e n s ity P l a s m a t e e h n iq u e ( H E D P ) w a s ap P li e d t o s u rfa e e tr e a t - m e n t o f F e , A I . A m i c or 一 c 理 s t a l li n e l a y e r w i t h g ar i n s i z e s b e wt e e n 10 an d 10 o mn w a s o b at i n e d . I s o ht e mr a l o x i d a it o n a t 1 0 0 0 ℃ i n a i r fo r e a s t F e 3 A I b e fo r e an d a ft e l m i c r o 一 c 斗s at ll沈i n g w a s s ut d i e d · T h e r e s u lt s s h o w e d ht a t fo r ht e m i c r o 一 c 卿 s at llin e F e 3A I , ( l ) a m i e or 一 e yr s at lli n e o x i d e s e a l e fo mr e d d ur in g o x id a t i o n ; (2 ) ht e Pl a s t i e i yt an d a dh e - s i o n o f o x i d e s e a l e w a s r e m a r k a b l y im P r o v e d : (3 ) ht e o x i d a ti o n r a t e w as d e e r e a s e d : (4 ) ht e o x i d a t i o n k i n e t i e s o b e y e d ht e fo hrt P o w e r e q u a t i o n l a w . K E Y W O R D S P l a s m a , m i e or 一 e yr s at lli z a t i o n , h i g h t e m P e r a ut r e o x i d a t i o n , e o r o s i o n
