GH220合金渗Al层的逐层相分析

[D0I:10.13374/j.issn1001053x.1986.s1.012 北京钢铁学院学报 1986年6月 Special issue Journal of Beijing University 专据1 of Iron and Steel Technology 61,1986,6 GH220合金渗A1层的逐层相分析 许庆芳 孙金贵 (化学中心) (高温合金数研组) 摘 要 通过物理一化学相分析及共：物理手段对经900“C不同时间时效的GH220合金的渗铝层进行了逐层 相分析，用联立方程分别求出离表面不同深度范圈内B一NiA1相和Y'相的含最，通过修正比至，对 取层厚度进行了合理计年。提供了渗铝层中相变趋势。本文把计算过程全部黛成程序。对微处理机在相 分析中的运用作了初步尝试。 关键词：物化相分析、渗A1层、时效 Layer by Layer Phase Analysis of Aluminide Coating of A Nickel-Base Superalloy GH220 Xn Qingfang Sun Jingui Abstract Layer by layer phase analysis of aluminide coating of a Ni-base supe- ralloy GH220 is carried out by physicochemical phase analysis and other phy- sical instruments.The used samples of this alloy is aged at different time. Contents of B-NiAl and Y!phases within various depth from coating surfa- ce was determined through simultaneous equations.The reasonable calcula- tion of removed coating thickness is made by correcting density.Trend of phase transformation in aluminide coating is presented.All calculations in this paper are programmed.Application of microcomputer in phase analysis is initially tried. Key words:physicochemical phase analysis;aluminide coating;ageing 96

白 年 月 北 京 钢 铁 学 院 学 报 代 板 。 五 且 主 。 。 。 专 辑 沁 ， ， 一 二 二 二 二 二 ，一 二一 二 一 二二 二 二 一 二二一一一 二 二 一一 二 一一 一一 二 一 一 二 二 几 合金渗 层的逐层相分析 许庆芳 化 学 中心 孙金贵 高温合金数研组 摘 要 通 过 物理一化学 相 分 析 及 其它 物 理 手段对 经 ’ 不 同 时河时效 的 。 合金 的 渗铝 层 进行了逐层 相 分析 。 用联立 方程 分别 求 出离表 面不 同深 度 范 围 内 日一 相 和 丫 ’ 相 的含 量 。 通 过修正 比 重 ， 对 取 层 厚度进行 了 合理计 算 。 提供 了渗 铝 层 中相 变趋势 本文把计 算过 程全 部编 成 程序 。 对微 处理机 在 相 分析 中的 运用 作 了初 步尝试 。 关键 词 物 化 相 分析 、 渗 层 、 时 效 旦 一 人。 公 “ “ 良 一 了 日一 ‘ ” 主 。 认 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1986．s1．012

前 言 当前，耐热合金防止氧化最有效和最广泛使用的方法是表面渗铝，其热稳定性主要取决 于渗铝层中B一NA1相含量。渗铝层在使用过程中会产生氧化和扩散，从而使合金元素在不 同时期及不同区域的分布不均匀。因此通过逐层相分析了解渗铝层中各区的相组成及变化情 况是十分重要的。它不仅可获得通过特殊合金化途径以提高热稳定性的依据，而且可揭示渗 铝层中薄弱环节与热稳定性之间的关系。 1实验方法和计算 1.1试样化学成份为：(wt%) C Cr W Mo Al Ti V Co Fe Mg B Ni 0.04810.48G.165.82 4.202.500.3115.010.120.0023<0.02余 加入量 e 合金采用双真空治炼（真空感应+真空自耗），包套轧制成直径32毫米的棒材。物理化 学分析用试样的尺寸为10×70毫米。料浆渗铝的渗剂为铝粉+粘结剂，于真空中（氯气保 护)经930℃2小时扩散处理，然后于900℃时效0、50、100、300、600、900、1200小时。 1.2实验方法 以物理化学逐层相分析为主，配之以扫描电镜点分析、X射线衍射结构分析。 物理化学相分析用两种电解液：电解液A:5%盐酸+2%柠檬酸，甲醇液，0.1安/厘 米2，保留碳化物等微量相，溶解B一NiA1相和Y'相。电解液B:1%硫酸铵+1%柠檬酸 水溶液，保留B一NiA1,Y'及部分碳化物，溶解Y基体。 X射线结构分析用荷兰APD一10型X光衍射仪，C-IKa,40kV,35mA,1400W。形貌 观察及点分析采用PSEM一500X扫描电镜，配以EDAX一711B能谱仪。 1.3逐层相分析的特点与要求 逐层相分析主要适用于与合金表面垂直方向上存在相分布不均匀的情况。根据其不均 匀程度取一定厚度的表层进行相的定性定量测定，确定该厚度内相的平均组成和平均含量， 从而了解合金元素的书扩散趋势和相变情况。 逐层相分析要求沿试样表面均匀地溶解合金及准确地测量取层厚度。因此，本试验对这 两点给以特别的注意。 采用具有类似形状的电解池和电极，并将试样对中，电解时电流分布均匀，可达到试样 均匀溶解的目的1)。由于渗铝试样经不同时间时效后，表面发生不同程度的氧化，电解后 用测微计测量取层厚度，在试样不同高度处测得的结果差别较大。所以本试验利用电解量， 渗层密度，主要相的点阵常数及平均组成等参数，通过计算求其平均取层厚度。 1.4计算平均取层厚度时密度D的修正 W 由公式 H- S·D·104 (1) 97

前 言 麟 积 尽 中 菠砚弧环节 乌执趋常 蜂 毖 交间挑的羊系 。 淤跳瓣群 实 验 方 法 和 计 算 试样 化学成份 为 里 。 叹 功 瘫 。 爪 ‘ 。 ， 余 一 加 人 量 合金 采用双真空 冶炼 真 空感 应 一 真 空 自耗 ， 包套 轧制成直径 毫米 的棒材 · 物理化 学分析用试样 的尺 寸 为 中 火 了。 毫米 。 料浆渗 铝 的渗剂 为铝粉 粘 结剂 ， 于 真空 中 氛气保 护 经 北 ℃ 小 时扩散 处理 ， 然后于 叨 。 ℃时效。 、 叩 、 。 、 。 、 讯 、 小 时 。 · 实验方法 米 。 …， 豁戴卿谕冷峨呱桑照黔粉粼 水 溶液 ， 保 留 日一 ， 丫 ‘ 及部分碳化 物 ， 溶 解丫基体 。 却寸线结构分析用荷兰 一 型 光 衍射仪 ， ” 一 仪 ， 叩 ， ， 。 形貌 观察及点 分析采用 一 扫 描 电镜 ， 配以 一 能谱仪 、 逐层 相分析的 特点 与 要求 逐 层相分析主要适用于 与合金 表面 垂直 方 向上 存在相分布不 均匀 的情况 。 根 据 共 不 均 匀程度取 一定厚 度 的表层进行相的定性定量测定 ， 确定该厚 度 内相 的平 均组成和平均含量 ， 从 而 了解合金 元 素的扩散趋势和相 变情况 。 嵘 均匀溶解 燕 的 目的〔 默。 由于 渗铝狱试样经不 … 同默时间时效 黑 后 ， 表面发溉生不伺狱程度 的氧代化 ， 电 篡 解 后 用测微计测量取 层厚度 ， 在试样不 同高度处测 得 的结果差别较大句所以本试粥 用电解量 ， 渗层 密度 ， 主 要相 的点阵常数及乎均组 成等参数少通过计算求其平均取层厚度 。 ‘ 计算平均 取层厚度 时密 度 的修 正 ， 由公式 、 ， ， 上 一一一 不二 公 主沙， 扮

求出取层厚度 式中：H一取层厚度(um)W一电解量(g) D一渗层密度(g/cm3)S一电解面积(cm) ~GH220合金的渗铝层厚度约为30一40um,渗层中主要是B一NiA1相，Y'相以及微量相 (不同类型的氧化物和碳化物)。计算时将微量相忽略不计。已知纯Y'相(NgA)的密度 D,=7.29,纯B一NiA1相的密度，D。=5.87C2),两者相差较大，且渗层中的Y',B相又都 固溶一定量的合金元素，就使它们的密度和纯D,D,有差别。根据扩散原理，渗层中Y'相 和B一AI相含量随深度而变化，所以各层密度必然不等。由于渗铝层总厚度不大，每次电 解取层厚度很薄（几微米~十几微米），所以必需通过相分析测得的结果，对不同深度范围 内渗层的平均密度D混进行修正。否则，利用公式(1)计算得到的取层厚度将有较大的误 差。 现以AC。(原子比)接近1时的相分析数据平均值作为渗层中B-NA1相 Ni、Cr、Co 的标准组成。以A、,W、M0(原子比)接近8时的相分析数据平均值作为渗层中Y' 相的标准组成。实验证明：由不同试样不同部位测得之B一NA1相和Y'相的组成基本一 致，说明在渗层中所析出之B一NA1和Y‘相不因试样和部位不同而有差异。这给利用它们 作为标谁组成分别计算渗层中不同部位的B一NA1和Y'相含量以及计算不同部位渗层的密 度(D混)提供了有利条件。现测得Y‘相的组成为： Niz.14Cro.34Coo.53Alo.7Tio.07Wo.06Moo.o 艳 Y′相中各元素的原子百分数（原子因子）为：.Ni0·635Cro·o8sC0.13sA1o198 Ti0018W0013Mo0:020 B-NiA1相的组成为： (Nio.1Cro.o.Coo.o)(Alo.3Tio.02Wo.01Moo.01) B一-NiA1相中各元素的原子百分数（原子因子）为：Nio.416Cr。041Coo.0s1A1o,472 Ti0,01gW0005M0g.005 通过公式 M=A.AntB.Bet…G.Gm D-V. (2)〔3) n V.N 可求出渗层中B一NiA1相和Y'相的密度。 式中： M一克分子量 V一单位晶胞的体积(V=a3,a一点阵常数) n一单位晶胞内原子数（对Y'相n=4,B一NiA1相n=2) N一阿佛加德罗常数(6.0228×1023) A、BG一某相中元素A、BG的原子因子 Am,BmGm一元素A,B.G的原子量 根据x结构分析测得，GH220合金渗铝层中Y'相的点阵常数a=3.595A,B一NiA1相的 点阵常数a=2.880A。用(2)式计算求得渗层中D￥'=7.72，De=6.18,则渗层的密度D混可 98

求 出取 层厚度 式 中 一取 层厚度 琳 一 电解 量 一 渗 层密 度 “ 一 电解 面积 “ 一 ‘ · 功合金 的渗铝层厚度 一 约 为 一 ， 渗 层 中主 要是 日一 相 ， 州 相 以及微 量相 反木同类型 的氧 化物和碳化物 。 计算时将微量相 忽 略不计 。 已知 纯 丫 ‘ 相 。 的密度 丫 。 一六 ， 纯 日一 相 的密度 ， 。 二 川 ， 两者 相差较大 ， 且渗层 中的丫 ‘ ， 日相 又都 固溶一定 量 的合金 元素 ， 就 使它 们 的密度和纯 、 ， 。 有差 别 。 根据扩散原理 ， 渗 层 中洲 相 和 日一 相含量随深 度 而变化 ， 所 以各 层密度必 然 不等 。 由于 渗铝 层总厚度不大 ， 每次 电 解取 层厚 度很 薄 几微米 十几微米 ， 所 以必 需通过 相分析测 得 的结果 ， 对 不 同深度范 围 内渗 层 的平 均密度 混 进行 修正 。 否则 ， 利 用公 式 计 算得 到 的取 层厚 度将 有 较 大 的 误 差 。 现 以 、 、 、 、 、 原子 比 接 近 时 的相分析数据平均 值作 为渗层中 日一 相 的标 准组 成 。 以 、 、 、 、 、 原子 比 接 近 时 的相 分 析数 据平 均 值作 为 渗 层 中 州 相 的标 准组 成 。 实 验证 明 由不 同试 样不 同部位测 得 之 日一 相 和 丫 ‘ 相 的组 成 基 本 一 致 ， 说 明在渗层 中所析 出之 日一 和 丫 ‘ 相 不 因试样和部位 不 同而有差 异 。 这给利用它们 作 为标准组 成分别 计算渗 层 中不 同部位 的 日一 和 丫 ‘ 相含 量 以及 计算不 同部位 渗层 的密 度 混 提供 了有利 条件 。 现测 得 ‘ 相 的组 成 为 、 。 、 。 。 。 。 丫 ‘ 相 中各 元 素 的原子 百 分数 原子 因子 为补 · 。 · 卿 。 。 。 · ， 。 ， 。 日一 相 的组 成 为 。 。 ， 。 。 。 。 ， 。 。 。 。 。 。 。 ， 。 。 。 ， 日一 相 中各 元 素 的原子 百 分 数 原子 因子 为 。 、 ， 。 。 。 。 。 。 。 ， 。 、 ， ， 。 。 夔 通过 公 式 一沪尘入 了 一些 冬过 旦华必、 下 三 少 一一 土又 － 一 上、 〔 〕 可 求 出渗 层 中 日一 相 和 丫‘ 相 的密 度 。 式 中 一 克分子 量 一单位 晶胞 的体积 “ ， 一 一 点 阵常数 一 单位 晶胞 内原子数 对 丫 ‘ 相“ 一 ， 日一 相 一 即 一 阿佛加 德罗 常数 只 “ 、 一 一 某相 中元 素 、 · “ 的原子 因子 ， … 一元素 ， 二 的原子 量 根据 结构分析测 得 ， 合金渗铝 层 中丫 ’ 相 的点 阵常数 入 ， 日一 相 的 点阵常数 一 凡 。 用 式计算求得渗 层中 丫 ， 一 ， 。 二 ， 则渗层的密度 混可 尽

用下式求出：（微量相不计）： D混=Y'%·Dy'+B-NiA1%·Da (3) 1.5渗层中Y'相和B一NiAl相含量的计算测定 Y'相和B一NA1相的化学性质和电化学性质都很接近。它们在各类电解液中的活化电位 相近(4)。目前还未见到通过物理化学相分析方法来分别测定它们含量的报导。现借助Y'+ B-NiA1相的含量和Y'相及B一NiA】相的标准组成，通过联立方程分别计算求出Y'和B一 NiAI相的含量。 设x一B一NiAi相中Ni,Cr,Co原子数之和 y一B一NiA1相中Al,Ti,W,Mo原子数之和 (Ni+Cr+Co)一试样中Y'+B一NiA1合量的Ni、Cr、Co原子数之和 (A1+Ti+W+Mo)一试样中Y'+B一NiA1合量的Al、Ti、W、Mo原子数之和 则：{N+Cr+Co)-x=3C(1+Ti+w+Mo)-力 (4) 由解出之x、y值可分别依次算出： ” (1)Y'相及B一NiAl相中(Ni+Cr+Co),(A1+Ti+W+Mo)原子的分配率； (2)Y'相和B一NiA1相中各元素的重量百分含量以及Y'相和B一NiA1相的重量百分含 量； (3)混合相的密度D影 (4)取层厚度H。 已将上述计算编制成程序（见附录）。 2实验结果 2.1渗铝层概貌 ·用扫描电镜观察试样断面得知，随时效时间延长渗层厚度不断增加(30一50μm,图1)。 这是时效过程中渗层中A1向内扩散基体中Ni向外扩散而形成B一NiAI或Y'(NigAl)的结 果。 根据SEM形貌图，将渗层可简单表示如下： 外表层一A1,O3,Y'(NisA1),少量NiO,MC(见图2) 外层次表层-B-NiAl,Y'(Ni,A),少量M2Ce,M,C,MC() 渗层{ 内表层一贫Cr、W、Mo带 内层一碳化物层，M23C6、M。C、MC(有时有4相) 2.2外表层和次表层相分析 ①微量相：将未经电解的试样截取一片直接用x射线衍射进行表层结构分析（图3）， 结果列于表1。 用电解液A分离后所得阳极沉淀经x光结构分析鉴定主要是A1zOg,M23C。,M。C及 99

用下式求出 ， 微量相 不计 混 二 丫才究 ， 丫 ， 日 一 · 。 扮谬赞得赞布晰娜 位 设衷一 口一 宜九王祖中附 厂刃勺 它“ 原子数之和 于一尽， 认 相 中火珠 邓 、 ， ， 恤 。 原子数之和 忠井粱者黑幕摺六弋氛哭洽二留言恕、瘾、 则 。 一 二 〔 人 干 。 、 一 们 量 笋漱半憋书粉 含粼湍耀豁 娜 混 合相 的密度 知 劝 取层厚度 。 已将上述 计算编制成程序 盏矿户 见附录 实 验 结 果 了 渗铝 层概 貌 ， ， 用扫 描 电镜观察试样断面得知 ， 随时效时间延长 渗层 厚 度不断增 加 一 林 图 。 这是 时效过程 中渗层 中 向内扩散基体 中 向外扩散而形成 日一 或 ’ 。 的 结 果 。 一 根据 形貌 图 ， 将渗层可简单表示如下 外层 产 外表层一 。 ， 丫 嘴次表层一 日一哪 ， 七内表层一 贫 、 、 儿 ， 少量 ， 见 图 川 ， 少 量 ， 。 ， 。 ， 〔 〕 内层一碳化物层 ， 幻 吼 、 。 带 。 、 有 时有 件相 了 ， 劣 、卜 渗层 外表层和次表层相分析 甲微 量相 将未经电解的试样截取一片直接 用 射线衍射进行表 层结构分析 图 眯 列十翻 。 用电解液 分离后所得阳极沉淀经 光结构分析鉴定主要是 ， 。 ， 。 及

43sEc1648e75 5000528EV7cM 518228EDA 图1渗A1层形貌图 图2A1203能泼图 Fig.1 Morphology of Aluminide coating Fig.2 EDAX of A1203 表1 外表层X光结构分析结果 Table#1. Results of X-ray structural analysis of outer surface. Ageing time,h 0 50 100 300 600 900 1200 Known B-NiAl B-NiAl B-NiAI B-NiAl B-NiAl B-NiAl B-NiAl phases (note) a-A1203 a-A1203 a-A1203 a-A1203 a-A1203 a-A1203 MC Nio NiO NiO MC MC (Trace) (Note) Y Y' Unknown phases yes yes yes yes yes yes yes 注出现Y'和B一NiA1是函为X光功率大，穿透力强， 使次表层的相也反映出来， APD-10 Cu-ka 40kV.35mA 778-12619.1 n 图3 外表层X射线衍射图(900C×600h) Fig.3 X-ray diffraction pattern of outer surface (900'Cx600h) 109

图 渗 层 形 貌 图 图 且 能谱 图 表 外表层 光 结构 分析结 果 一 日 宝 了 ， 日一 日一 一 日一 一 不 二 门 交莞 。 … 一 日一 一 日一 八 一 丫 丫 注 出现 ’ 和 日一 是 因为 光 功 率大 ， 穿透力强 ， 使次表层 的相 也反 映出来 。 妙卜一托仪 福 胜甲 。 口几 心心孚七口叫书一止占未· ︸书决，咐口， 如小泣叭，。粼、阅门· 叭于泊译奇叫 · 小叭门叫叭︸，凸八注 ， 图 外表层 射线衍 射 图 一 几 ， ’ 享

少量MC(表2)。表1，表2中都有部分衍射线条未能定出结构。从综合手段所得结果判 断，渗铝层中合金元素分布极不均匀，浓度梯度大，所以渗层中微量相的类型比较复杂。本 试验对渗层中微量相仅作了初步定性鉴定。 表2 外表层，次表层阳极沉淀X光结构分析 Table.2 Results of x-ray structural analysis of anode deposition in outer and sub-surfaces Ageing 0 50 100 300 600 900 1200 time,h Known a-A1203 以一A1203 a-A1203 a-A1203 g-A1203 t-A1203 phases MC M23Co M23C6 M23Co M23C6 M23Cb M23C8 M23C6 MC MC(Trace) MeC MeC MeC MeC MeC Unkno wn yes yes yes yes yes yes yes phases ②B-NiA1和Y' 经900℃不同时间时效处理的试样分别用电解液A、B电解，每根试样取4层。第一， 二、三层用电解液A电解分离，沉淀为微量相，电解液为B一NiA1+Y'相。第四层用电解 液B电解分离，沉淀为Y'+B一NA1+微量相（部分），溶液为Y基体。将一、二、三层电解 液和第回层6阳极沉淀分别证行元素湖定，通过微处理机计算A。比红，日 NiA1和Y'的wt%,密度D混和取层厚度H。相分析测定和计算结果列于表3。不同时间 时效时B一NiA1量与渗层厚度的关系见图3。不同厚度渗层中B一NiA1量与900℃时效时间 的关系见图4。 100 10 20 30 Listance of coating, 图4900'C不同时效时间下P一NiA1量与谗层厚度关系 Fig4.Content of B-NiAl vs coating thickness at different ageing time (900'C) 101

少量 表 。 表 ， 表 中都有部分衍射线条未能定 出结构 。 从综合手段所得结果封 断 ， 渗铝层 中合金元素分布极不均匀 ， 浓 度梯度 大 ， 所 以渗层 中微 量相 的 类型比较 复纵 本 试验对渗层 中微量相仅作 了初步定性鉴 定 。 · 表 外表层 ， 次表层 阳极沉淀 光 结构分析 ， 一 。 一 ‘ 扭 ， ’ · ‘ ’ 一 …一 ’ … …一 ‘ · … … ’ ‘ … … 一 一 一 下下 。 一人 一 妙 。 一 月 “ ‘ ， ， … 日一 和 丫 ‘ ℃不 同时间 时效处 理 的试样分别用 南 解 液 、 由 健 标 娜 诸 样雨 庄 巨 留一 ②经 二 、 三层 用电解液 电解分离 ， 沉淀 为微量相 ， 电解液为 日一 丫 ‘ 相 。 第 四层 用 电解 液 电解分离 ， 沉淀为 丫’ 日一 认 十 微量相 部分 ， 溶液为丫基 体 。 将 一 、 二 、 、 ， ， 、 三层电解 、 、 ‘ ， 、 、 一 、 ， “ ， ， ， ， ， 、 、 ， ， 、 ， ‘ 。 液和第四层 的阳极沉淀分别进 行元素测 定 ， 通过微处理机计算 了羊铎子气备共 万二 比 值 ， 日一 狱州” 目 曰 ‘ ’ 一 曰 ’ 叭” “ “ 一 ’ ’ “ 协 ” ’ 一一 一 “ “ 尸 ’ 一 、 、 、 “ 目 ’一 ’ 尸 和 丫‘ 的 ， 密度 混 和取层厚 度 · 相分析测 定和计算结 果列于表 各 。 不 同时 间 时效时 日一 认 量与渗层厚度的关 系见图 。 不 同厚 度渗层 中 日一 、八 量 与如。 ℃ 时效时间 的关系见 图 。 一 ’ 一 即村 次么眨州工叫 口土 挤 土 匕， 拼 图 ‘ 不同时 效 时 间 下 日一 量 与渗层 厚度关 系 、 二 。 ， 。 日一 人 ， 、

表3 GH220合金渗铝层中B一NiA1及Y'相测定和计算结果 Table 3 Experiment and calculated results or B-NiAl and Y-phases in aluminide coating of GH220 alloy Removing Ni,Cr,Co B-NiAl y'% Dmix Removing thickness(#m) Samples Al,Ti、W、Mo Marker number (distance from (Atomic wt wt g/cm 3 surface) ratio) 0.88 -100 6.18 *Sample without ageing,surface is 1林 2 12(8-20) 1.04 一100 6.8 rich Al and having small content of 900”C×0h 3 12(20-32) 1.98 29.92 70.08 7.26 Ni2 Al3 except B-NiA1 phase,〔6〕 4 3.20 1 1.65 43.36 56,64 7.05 2# 2 10(5-15) 1.02 100 6.18 900'C×50h 3 14(15-29) 2.29 18.10 81.84 7.44 4 3.36 1 1.81 36.38 83.64 7.16 3# 2 13(G-19) 0,99 -100 6.18 900"C× 100h 3 14(19-33) 2.46 13.28 86.72 7.52 4 2.16 1 6 1.99 27.98 72.02 7.29 4# 11(6-17) 1.30 68,28 31,71 6.67 900°C× 300h 3 14(17-31) 2.78 4.67 05.33 7.65 4 3.43 1 6 2.04 26.21 73.70 7.32 5# 10(6-16) 1.35 64,08 35.92 6.73 900'C× 600h 12(16-28) c.90 2.00 98.00 7.69 4 2.56 102

少量 表 。 表 ， 表 中都有部分衍射线条未能定 出结构 。 从综合手段所得结果封 断 ， 渗铝层 中合金元素分布极不均匀 ， 浓 度梯度 大 ， 所 以渗层 中微 量相 的 类型比较 复纵 本 试验对渗层 中微量相仅作 了初步定性鉴 定 。 · 表 外表层 ， 次表层 阳极沉淀 光 结构分析 ， 一 。 一 ‘ 扭 ， ’ · ‘ ’ 一 …一 ’ … …一 ‘ · … … ’ ‘ … … 一 一 一 下下 。 一人 一 妙 。 一 月 “ ‘ ， ， … 日一 和 丫 ‘ ℃不 同时间 时效处 理 的试样分别用 南 解 液 、 由 健 标 娜 诸 样雨 庄 巨 留一 ②经 二 、 三层 用电解液 电解分离 ， 沉淀 为微量相 ， 电解液为 日一 丫 ‘ 相 。 第 四层 用 电解 液 电解分离 ， 沉淀为 丫’ 日一 认 十 微量相 部分 ， 溶液为丫基 体 。 将 一 、 二 、 、 ， ， 、 三层电解 、 、 ‘ ， 、 、 一 、 ， “ ， ， ， ， ， 、 、 ， ， 、 ， ‘ 。 液和第四层 的阳极沉淀分别进 行元素测 定 ， 通过微处理机计算 了羊铎子气备共 万二 比 值 ， 日一 狱州” 目 曰 ‘ ’ 一 曰 ’ 叭” “ “ 一 ’ ’ “ 协 ” ’ 一一 一 “ “ 尸 ’ 一 、 、 、 “ 目 ’一 ’ 尸 和 丫‘ 的 ， 密度 混 和取层厚 度 · 相分析测 定和计算结 果列于表 各 。 不 同时 间 时效时 日一 认 量与渗层厚度的关 系见图 。 不 同厚 度渗层 中 日一 、八 量 与如。 ℃ 时效时间 的关系见 图 。 一 ’ 一 即村 次么眨州工叫 口土 挤 土 匕， 拼 图 ‘ 不同时 效 时 间 下 日一 量 与渗层 厚度关 系 、 二 。 ， 。 日一 人 ， 、

1 2.27 18.56 81.44 7.43 6# 2 11(7-18) 1.831 67.30 32.70 6.68 900"C× 900h 3 15(18-33) 3.06 -100 7.72 4 .68 2.26 18,84 81,16 7.43 7# 2 11(7-18) 1,32 67.2. 32.80 6.69 900'C× 1200h 3 18(19-36) 3.13 2.60 3讨 论 合金渗A1后，形成B一NiA1相。一般说，B一NiA1相层愈厚，防护性能愈好。防护层 衰退主要由下面两反应造成〕： 1 3NiAl+3/202=NisA1+Al,O3 2 NiAl +2Ni=NiAl 整个渗层内主要由A12O:(外表层)，B一NiAI、Ni3A1以及合金基体中固有的碳化物 相构成。这是本试验得以通过联立方程计算求得各单一相含量的基本依据。 表层A12O?随时间的变化：未经时效的试样由于是在930℃慕气下进行2小时扩散处 理，表面没有氧化的条件，故在离表面<20微米范围内完全为B一NiA1相。再往里由于A1 量减少而i量相对增多，所以在内层附近会出现少量的Y'相。这已被实验证实。经900℃50小 时大气下时效后，出现A12O3,且随着时效时间增加，A12Os量上升。这是表面的B一NiA1 和空气中的氧按反应1进行的结果。随时间推移，A12O:剩落，剝落处可重新形成A1,O。, 继续起保护作用，直至保护层耗尽为止。Y'相随A12O,增多而增加，相分析结果指出此时的 比值大于1。时效时间愈长，表面氧化愈严重，B一NiA消耗（衰退)就愈多。因此时效试 样第一层中B一NiA1量逐渐降低（比值逐渐增加）。 次表层相：随时效时间延长，Ni不断从基体向外扩散，与A1结合生成B一NiA1相。当 某区域Ni量大于58at%时，由于富Ni,发生反应2，从B一NiAl相中析出Y'相。可从Ni一 A1二元相图来说明2)。一般离基体愈近，Ni的浓度愈大，Y'量也越多。不同时效时间下 B一NiA1相含量与渗层厚度的关系如图3所示.相分析测定结果从第二层开始，B一NiA1相和 Y'相的含量有一连续性变化，即B一NA1量不断下降，Y'相量不断上升。时效时间愈长， B一NiAI量（离表面同距离处）也愈低，直至从渗层过渡到基体、B一NiAI完全转化成Y' 相为止。在100小时后下降缓慢，说明A12O3起到了保护层的作用（图4）。这与Ni基合金 渗A!层衰退规律完全吻合，从而有力地证明了逐层相分析方法的可行性。 103

二 讨 论 直… 合金渗 工后 二 形成 日一 人湘 。 衰退主要 由下面两反 应造成 川 一般说 ， 日一 相 层愈厚 ， 防护性能愈好价 防护层 全 几 坑 月 一 。 整个渗层内主要由 夕 。 仔卜表 层 ， 日一 、 巧 工以及合 金基体中 固有 的碳 化物 井泳 层衰很规律 完 奈吻合 ， 从 而有力 地证 明江了逐 层相分析方法 的可 行性

渗层中扩散反应可表示如下 表面 +02 -→NigA1+A12Og 渗层 B-NiAl +Ni →NigA1 基体 根据扫描电镜下多次测得之渗层厚度（图5）以及碳化物层宽度（图6）可知，第四层 基本已进人贫化区和碳化物区（前三层溶解约30微米）。第四层沉淀中包括了B一NiA1, Y',碳化物以及可能有的μ相。因此不能再用计算渗层的方法来描述第四层。相分析数据没 有规律。但这种无规律恰巧是必然和正常的结果。 100 10 △=10w 0-154 0 60 6 40 20 020040060080010001200 300 600900 1200 Ageing time,h Aeing time,h 图5不同厚度渗层中B一NiA1量与900~C时效时间的关系 图6渗层厚度随900°C时效时间的变化关系 Fig.5 Content of B-NiAl within Fig.6 Coating thickness vs ageing different deptb of coating vs ageing time (900'C) time (900C) 60 从图2可知，离渗层表面20微米处B一 NiA1最低含量约为53%，换算成Al含量 约为16%。根据文献〔9)介绍，若渗A1层 40 中A1量大于9%时，则渗层仍可起到防护 30P 作用。据此顶测，料浆渗A1GH220合金 900℃使用寿命可得到相应保证。应当指 出，以上仅是大气下静态氧化试验的结果， 离发动机实际使用条件相差颇远。在高温燃 0100 300 600900 1200 Ageing time,h 气和复杂应力共同作用下，衰退过程会加 速。 图7碳化物层宽度与时效时间的关系 Fig.7 Inner (carbide)layer thickness vs ageing time 104

渗层 中扩散反应可表示 如下 表面 渗 。 … 。 一 赢 一 一一 二 二竺 场 基体 根据 扫描 电镜 下 多次侧 得 之渗 层厚 度 图 以及碳 化物层宽 度 图 可知 ， 第 四层 基本 已进 人 贫化 区和碳化物区 前 三层溶解约 微米 。 第四层沉淀 中包 括 了 日一 川 ， 丫 ‘ ， 碳化 物以及可 能有 的 件相 。 因此 不能再 用计算渗层 的方法 来描述 第 四层 。 相分析数据没 有规律 。 但这 种无规律 恰巧是必然和企常 的结果 。 犬 △ － － 匕 ︺场甘口匀 自曰八甘︸ 次曰吐诸 一 一一 一一 一 一一 小 ， 一 一 二 一一一 一 迁 七 卜龙翁一一 一一」一 上 一一工一一一一 肠月另。。口﹄入招向脉口 土 七 ， · 图 不 同厚度渗层 中 日一 量 与 。 。 ‘ 时效 时 间的关 系 图 渗 层 厚度 随 。 。 。 时效 时 间的 变化关 系 日一 。 “ 。 从 图 可知 ， 离渗 层表 面 微米处 日一 最 低含量约 为 ， 换算成 含 量 约 为 。 根 据文献 〔 “ 〕 介绍 ， 若渗 层 中 量大于 时 ， 则渗 层仍可起 到防护 作 用 。 据此 预测 ， 料浆 渗 合 金 。 ℃ 使 用寿命可得到相应 保 证 。 应 当 指 出 ， 以上仅是 大气下静态氧化试验 的结果 ， 离发 动机 实际使 用 条件相差颇 远 。 在 高温燃 气 和 复杂应力 共 同作用下 ， 衰 退 过 程 会加 速 。 曰另月衬口。叻门 石 七 ， 。 图 碳 化 物 层 宽度 与 时 效 时 间 的关系 五

4结 论 附 录 (1)提出了一种渗A1层相分析方法。 渗A1层相分析程序框图 渗层用5%HC1+2%柠檬酸甲醇液电解后， Y',B一NiAl溶解，碳化物，氧化物等微 Taput 4(Ad 量相保留。 。8下 。 r1门 (2)研究了Ni基合金渗A1层的相变规 ALT2-ACIVB(IY K✉100/0+9) 律。原始渗A1层由B一NiA1与碳化物层组 成。随900℃时效进行，表层形成A12O,氧 3】 4 化物层，次表层中B一NiA1按下述反应式衰 rts/9,☐ 退： ma 3NiAl+3/202=NiaAl(Y)+Al2Os print Fecuit (表层反应) 1014/1*69 上“品晒 0=6.1540/1c0+7.72R1/1c0 NiAl+2Ni=NisAl(Y) rrist .D-Yalue Ne [Iiw阳) (靠近碳化物层一侧的次表层反应) B一NiAI相含量随时效时间及渗层厚度 有连续性变化。碳化物层情况复杂，除M。C,M23C6,MC外，还有一些未知相。 (3)相分析数据表明，渗A1层经900℃1200小时时效后，仍然具有防护能力。 (4)编制了适用于渗A1层相分析的计算程序：利用此程序可快速计算出M%,Y'%, B一NiA1%,察度D混和取层厚度H。 参考文献 〔1】ⅡamRo,H.西签：巾H30-一KHeC消中a3 onun ananns3 crane wcmnaBon《Merannyprus》p,(1978) 〔2)Konosunen.Ⅱ.T,KapocTockue ad中y3 HOHEHe nOkpT(1979)c.197 〔3)徐祖耀：金属学原理(1964) 〔4)姜晓霞、王景韫：金属电化学上册，1982.5-20 [5)Goward.G.W.Boone.D.H,:Oxidation of Metals,Vo13,5,(1971),475-495 〔6)Ko3oBa.M.H,1am0H.中.等，3 amura MeraanoB,3(1971)c.284-289 〔7)KonoMne,Ⅱ.T.等：3 amraue nowpsrn Ha Meramnax Bunyck8(1974)157-159 〔8)北京钢铁学院高温合金教研组等：GH220合金的基本组织，1981 〔9)Mopo3,B,I.等：3a四wrnHeⅡoRpuTua Ha MeTanaax,Bwnyck8(1974)66一69 105

结 论 附 录 蔚 提 出 了一种 渗 层相分析方法 。 渗 层 相分析程 序框 图 丸 喇笋吧惑 渗层 用 工 柠檬酸 甲醇 液电解后 ， 丫 勺 日一 溶 解 ， 碳化 物 ， 氧化物 等微 勋目保留 。 ‘ 研究了 基合金渗 层 的相变规 律 。 原始渗 层 由 日一 全 与 碳 化物层组 成 。 随 。 ℃ 时 效进行 ， 表层形成 人丁， 。 氧 化物层 ， 次表层 中日一叭 按下述反 应式衰 退 卜‘ 不 盆工 几 〕 卡 马 甘 二人〔 杏飞专 盖 卜 盆花‘ 〕不’ 节〕 于 万荟 借 蕊二 双，， 蕊 巴 ， 丫 几 。 ’ 表层反 应 洲 工卜 书翻屯 于一 一 蕊百一 工邵 曰 二 嘴 乡芝严 八 热 丫 一一一二 理二一 工加托 了 靠近碳化物层 一侧 的次表层 反应 日一 相含量随 时效时间及 渗层厚度 叨 知 二 。 ‘ 、 卜 剥 ‘ … 。 二 〕 吩叫 阿侧 幸 … ” 卜 山 印碑曰 、 卿 习翎 叼备 二 睐 ， ， 场 潇石乡 雪 与 ，。 · 儿 叫 纽 立。 七 臼 ， 日士协 。 有连续性变化 。 碳化 物层情况 复杂 ， 除 ， 。 ， 外 ， 还有一些未知相 。 相分析数据表明 ， 渗 层经 ℃ 小 时时效后 ， 仍然具有 防护能力 。 护 编制 了适用于渗 层相分析的计算程序 日一 ， 密度 混 一 和取层厚度 。 利 甩此程序可快速计算 出 ， ， ， 参 考 文 献 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 月 ， 中 等 中幻职 。 一 邪 小 二 。 。 二 二 。 袱 。 角。 不， 几。 币中 。 。 二 。 习 二 选 。 。 刀。 。 《 月 。 ， 》 ， 二 二 徐祖耀 金 属 学原理 日 姜晓霞 、 王 景提 金属 电化 学 上册 ， 一 ， ， ， ， 零 月 。 ， 月 班 中 等 以 。 二刀 。 ， ， 了 一 一 公 。 一 ” 一 · · 等 “ ” 二罗 玲· 一 …… 班 · 二 ‘ ” ‘ ’ ，一‘ 北京 钢 铁学 院 高温 合金 教研组 等 合金 的基本组 织 ， 叩 。 ， 等 毋 脚期 帕 妙 朋邸 ， “ 时 。 一叩 蓬 易