MA956 ODS合金微晶涂层对1Cr18Ni9Ti不锈钢氧化性能的改善

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.03.046 第23卷第3期 北京科技大学学报 Vol.23 No.3 2001年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2001 MA956ODS合金微晶涂层对1Cr18Ni9Ti 不锈钢氧化性能的改善 庞洪梅 齐慧滨 何业东 王德仁 北京科技大学腐蚀与防护中心，北京100083 摘要采用高频电脉冲沉积技术在1Cr18N9T不锈钢表面上沉积了厚度约为50m的MA956 ODS合金纳米徽晶涂层，涂层与基体之间呈现良好的冶金结合.在1000℃静态空气中对 1Cr1Ni9Ti试样与表面施加涂层试样进行了总计100h的恒温氧化实验.用AFM,SEM,EDX和 RD分别对涂层和氧化后试样的形貌、成分和组成进行了观察和分析.结果显示：1C189Ti 表面沉积MA956ODS合金纳米微晶涂层促进了Cr的选择氧化，提高了1Cr18Ni9Ti表面氧化 膜的粘附性，改善了1Cr18Ni9T抗高温氧化性能. 关德词高频电脉冲沉积技术：MA956ODS合金微晶涂层；1Cr18Ni9Ti;氧化 分类号TG174.32 研究表明，活性元素及其氧化物颗粒添加 初步显示了二者良好的协同作用叫.电脉冲沉 至合金中，可显著地降低合金元素发生选择氧 积技术操作简单、成本低，是一种有应用潜力的 化的临界含量，并能增强氧化膜与合金基体的 涂层技术，但涂层的厚度、表面质量和沉积效率 附着性.同理，由于氧化是发生在合金/气体 均需进一步改进， 界面的过程，在合金表面施加活性元素或含有 本文采用自行研制的新型高频电脉冲沉积 弥散氧化物的合金涂层不仅有相同的作用，而 设备，在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面沉积了表面质 且能阻碍涂层与合金基体之间的互扩散，因此 量较好的厚度达50μm的MA956ODS合金纳 综合效果更好5阿 米微晶涂层，对比研究了1Cr18Ni9Ti沉积涂层 此外，组织微晶化对合金和涂层抗氧化性 前后在1000℃静态空气中恒温氧化的行为. 能亦具有类似的有益作用”.许多研究表明，合 金元素的选择氧化行为与合金或涂层的晶粒尺 1 实验方法 寸之间有着依赖关系.然而，微晶化的作用 11试验材料及样品的制备 将随高温条件下晶粒的长大而退化， 涂层材料为钢铁研究总院研制的MA956 鉴于弥散氧化物和微晶化在改善合金高温 ODS合金，成分（质量分数）为Fe—20%,Cr一 氧化性能方面各自具有的优良特性，如果将二 4.5%,A1-Y,0,合金加工成3mm×10mm的棒. 者加以结合，有望进一步改进提高合金的抗氧 试样材料为商用1Crl8Ni9Ti不锈钢，样品 化性能，一个主要原因是弥散氧化物颗粒能够 尺寸为10mm×14mm×2mm.试验表面经 阻碍微晶组织的退化.因此，笔者提出了“弥散 200~800号水砂纸打磨并经超声波表面清洗等 氧化物微晶涂层”的概念.已知的制备弥散氧化 前处理，之后进行表面沉积涂层或氧化实验 物涂层和微晶涂层的技术均不能直接用以获得 1.2电脉冲沉积设备 弥散氧化物微晶涂层.最近，何业东等利用电脉 电脉冲放电沉积的基本原理就是利用电极 冲沉积技术成功地在多种合金表面制备出了厚 周期性地对被处理工件表面放电，向工件表面 度约为10m的含有弥散氧化物的微晶涂层， 提供能量，并使它转化为热能和其他形式的能 收稿日期2001-01-16庞洪梅女，30岁，博士 量，达到改善表层的元素成分和金相结构的目 *国家自然科学基金资助课题0No.59801002) 的☒

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 目 七 】俄牙 加 丫 ， 加 合金微晶涂层对 不锈钢氧化性能的改善 庞洪梅 齐慧滨 何业 东 王德仁 北京科技大学腐蚀与防护中心 ， 北京 摘 要 采用高频电脉冲沉积技术在 不锈钢表面上沉积了厚度约为 卿 的 合金纳米微 晶涂层 ， 涂层与基体之间呈 现 良好 的冶金结合 在 ℃ 静态空 气 中对 肠 试样与表面御 目涂层试样进行 了总计 的恒温氧化实验 用 ， ， 和 卫 分别对涂层和氧化后试样的形貌 、 成分和组成进行 了观察和分析 结果显示 表面沉积 合金纳米微晶徐层促进了 的选择氧化 ， 提高了 五 表面氧化 膜的粘附性 ， 改善了 妞 抗高温氧化性能 关健词 高须电脉冲沉积技术 再 合金徽晶涂层 吓 氧化 分类号 研究表明 ， 活性元素及其氧化物颗粒添加 至合金 中 ， 可显著地降低合金元素发生选择氧 化的临界含量 ， 并能增强氧化膜与合金基体的 附着性 【 】 同理 ， 由于氧化是发生在合金 气体 界面 的过程 ， 在合金表面施加活性元素或含有 弥散氧化物 的合金涂层不仅有相 同的作用 ， 而 且能阻碍涂层与合金基体之间的互扩散 ， 因此 综合效果更好” 此外 ， 组织微晶化对合金和涂层抗氧化性 能亦具有类似的有益作用闭 许多研究表 明 ， 合 金元素的选择氧化行为与合金或涂层的 晶粒尺 寸之间有着依赖关系 阳 然而 ， 微晶化的作用 将随高温条件下 晶粒 的长大而退化 鉴于弥散氧化物和微晶化在改善合金高温 氧化性能方面各 自具有 的优 良特性 ， 如果将二 者加 以 结合 ， 有望进一 步改进提高合金 的抗氧 化性能 ， 一个主要原 因是弥散氧化物颗粒能够 阻碍微 晶组织 的退化 因此 ， 笔者提出了 “ 弥散 氧化物微晶涂层 ” 的概念 已知的制备弥散氧化 物涂层和微晶涂层的技术均不能直接用 以获得 弥散氧化物微晶涂层 最近 ， 何业东等利用 电脉 冲沉积技术成功地在多种合金表面制备出了厚 度约为 卿 的含有弥散氧化物 的微 晶涂层 ， 收稿 日期 刁 一 庞洪梅 女 ， 岁 ， 博士 国家 自然科学基金资助课题困。 初步显示 了二者 良好 的协 同作用 〔 电脉 冲沉 积技术操作简单 、 成本低 ， 是一种有应用潜力 的 涂层技术 ， 但涂层 的厚度 、 表面质量和沉积效率 均需进一步改进 本文采用 自行研制 的新型 高频 电脉冲沉积 设备 ， 在 不锈钢表面沉积 了表面质 量较好的厚度达 娜 的 合金纳 米微 晶涂层 ， 对 比研究 了 沉积涂层 前后在 ℃ 静态空气 中恒温氧化 的行 为 实验方法 试验材料及样品的制备 涂层 材料 为钢铁研究 总 院研制 的 合金 ， 成分 质量分数 为 一 ， 卜 ， 一二丫 ， 合金加工成帕 幻 的棒 试样材料为商用 不锈钢 ， 样 品 尺 寸 为 幻。 试 验 表 面 经 小 号水砂纸 打磨并经超声波表面清洗等 前处理 ， 之后进行表面沉积涂层或氧化实验 电脉冲沉积设备 电脉 冲放 电沉积的基本原理就是利用 电极 周期性地对被处理工件表面放 电 ， 向工件表面 提供能量 ， 并使它转化为热能和其他形式的能 量 ， 达 到改善表层 的元素成分和 金相结构的 目 的〔， ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．03．046

◆266◆ 北京科技大学学报 2001年第3期 笔者研制了一种新型高频率电脉冲沉积涂 Fe 层设备，是结合电火花表面强化技术和高能量 密度等离子体表面处理技术发展起来的一种改 进的电脉冲沉积涂层技术，使沉积层厚度进一 Cr 步提高，表面质量也得到了改善.应用该技术可 以获得含弥散氧化物的微晶涂层. AlSi Cr Fe Ni 该设备主要包括高频脉冲电源和转动电极 W 能量 两部分，脉冲电源用以提供满足涂层沉积所需 图21Cr18Ni9T不锈钢表面沉积MA956涂展后的表面 的瞬时放电能量；用转动电极实现涂层的涂覆， 能谱分析（图中F飞，CA1和Ni的质量分数分别为 电极构件的结构对于提高沉积效率和改善表面 69.41%,18.91%,2.41%,7.98%） 质量同样非常重要.设备示意如图1所示. Fig.2 EDS results of surface analysis of the MA956 coat 电极 电刷 ing on 1CrI8Ni9Ti 导电轴 (a) 电源 电钻 试样 图1高频电脉冲沉积设备图 Fig.1 Sketch diagram of the high frequency electro- spark equlpment 13氧化试验 恒温氧化试验在1000℃静态空气中进行， 将沉积涂层试样与未沉积涂层试样分别装人加 热至恒重的氧化铝坩埚内，放入水平管式炉中 每间隔10h,将样品取出，分别称取试样+坩埚 的质量及坩埚自身的质量，以获得试样氧化增 重一时间动力学曲线和氧化膜剥落量一时间动 力学曲线，之后将试样和坩埚放人护中继续氧 化，如此循环，直至100h氧化结束.试样称重采 用感量为0.01mg的电子天平. 涂层和氧化后试样分别采用AFM,SE团M进 行表面形貌和截面结构观察，采用DS和XRD 对涂层和氧化膜的成分和组成进行分析 2实验结果 21涂层的形貌和组成 利用高频电脉冲沉积技术在1Cr18Ni9Ti不 锈钢表面沉积MA9S6(ODS合金)弥散氧化物徽 晶涂层，从涂层表面的EDS分析可以看出，如 图31C18Ni9T不锈钢表面沉积MA56涂展后的表面 图2所示，涂层中主要含有元素Fe,Cr,Al和Ni. 形貌()和戴面形貌()和表面Y化物分布背散射图（⊙ 由于电极材料中Y含量很低，以及沉积过程造 Fig.3 Surface morphology of the MA956 coating on 成的稀释作用，EDS在误差范围内难以分析.图 1Cr18Ni9Ti(a),the cross-sectional morphology(b)and 3()所示为扫描电镜观察的表面形貌，涂层表面 the BSD image showing the distribution of yttrium com- pound(c) 比较平整，具有熔融特征；图3b)为扫描电镜观

Vol.23 No.3 庞洪梅等：MA956ODS合金微晶涂层对1Cr18Ni9T不锈钢氧化性能的改善 ·267 察的1Cr18Ni9T不锈钢施加MA956涂层后的 25 -o-1Cr18N79T+MA956 截面形貌，可以看出，采用这种高频电脉冲沉积 20 1Crl8Ni9Ti 设备制备的弥散氧化物微晶涂层的厚度约为 15 50m,由于侵蚀较深，因而在截面中难以观察到 Y的存在.通过背散射可以观察到表面涂层中 10 Y元素分布，如图3（©）所示.经能谱分析，图中 要 黑点Y元素主要以钇铝化合物的形式存在.图 4是涂层表面的AFM图像，涂层微观晶粒均匀， 20 40 60 0 100 晶粒尺寸小于100nm. h 60 6) 50 o-ICr18Ni9Ti+MA956 -1CrIgNi9Ti 40 20 10 0 20 40.60 80 100 th 图51Cr18N9Ti不锈钢及沉积MA956涂层在1000℃ 图41Cr18Ni9T不锈钢表面沉积MA956涂层后的表面 静态空气中氧化10h氧化增重时间曲线(a)及 原子力显微形貌 氯化膜剩离量一时间曲线) Fig.4 AFM image of the surface morphology of MA956 Fig.5 Oxidation kinetics of 1Cr18NI9Ti with and with coating on 1CrI8Ni9Ti ont MA956 coating at 1 000 in air for 100 h 2,2恒温氧化性能 (a 沉积MA956涂层试样 图5为1Cr18Ni9Ti试样和沉积涂层的试样 在1000℃静态空气中氧化100h的恒温氧化增 重一时间和氧化膜剥落量一时间动力学曲线. f() 1Cr18Ni9Ti 相比之下，施加涂层试样氧化速率比1Cr18Ni9Ti 试样慢得多，并且氧化物剥落亦轻，而基体材料 20 40 60 80 100 120 氧化后剥落严重. 26) 图6为1CrI8Ni9T和沉积涂层试样氧化 图61Cr18N9Ti不锈钢及沉积MA956涂层在1000℃ 100h后氧化层的XRD分析.二者氧化产物组 静态空气中氧化1阳b盟化膜的XRD分析结果 成类似，主要由Cr,O,FeCr,O,等氧化物相组成. Fig.6 XRD patterns of the oxide scales formed on 1Cr 区别是沉积涂层试样氧化膜中CO,的含量比 18Ni9Ti coated with and without MA956 coating at 1000C in air after 100h 1Cr18Ni9Ti氧化膜高，EDS分析进一步证实了 这一差别 涂层的氧化膜大部分由这种相组成；图6（为 图7是1Cr18Ni9Ti和沉积MA956涂层试样 氧化膜Y成分较高的部位，此处氧化膜晶粒非 在1000℃静态空气中氧化100h后SEM观察到 常细小.经EDS分析，Cr,A1和Y的含量较高. 的表面形貌.图7(a)显示1Cr18Ni9Ti表面的氧 图8是上述氧化膜SEM观察到的截面形 化膜特征均匀一致，氧化物晶粒较大，凸出部分 貌.由图8(a)可以看出，1Crl8Ni9Ti氧化膜与基 是C,O,而凹下部分则是氧化物剩落后的形貌. 体之间结合较差，氧化膜厚度超过30m,并且 施加涂层试样氧化产物呈现出不同的形貌.图 较为疏松，个别部位有裂纹形成.相反，在沉积 7)为氧化膜的局部存在的铁铬尖晶石相：图7 MA956涂层试样表面形成的氧化膜均匀连续 (C)为“石榴团簇状”的CrO,而每个CrO团又 而且较薄，见图8(b).EDS分析表明，氧化膜主 都由许多晶粒非常细小的CO晶粒组成，施加 要由C,O,组成，仅在最外层极薄的范围内存留

·268· 北京科技大学学报 2001年第3期 b 图71Cr18NT9Ti及沉积MAS6涂层试样在1000℃空气中氧化100h氧化膜的表面形貌.(a)1Cr18N9Tto)1Cr18N9T+ MA9S6氯化瀛中铁铬尖晶石相；(C)1Cr18Ni9Ti+MA956氧化膜中Cr,D,相：(d)1Cr18N9T+MA956氧化骥中Y 含量较高的相 Fig.7 Surface morphologies of 1Cr18Ni9Ti coated with and without MA956 coatings oxidized at 1000C in air for 100h (b) 图81Cr18Ni9T及沉积MA956涂腥试样在1000℃静态空气中氧化100h氧化膜的截面形貌，(a)1Cr18Ni9T不锈钢： ()表面沉积MA9S6涂层后1Cr18Ni9Tm Fig.8 Cross-sectional morphologies of the oxide scales formed on 1Cr18Ni9Ti coated with and without MA956 coatings oxided at 1000C in air for 100h 了少许铁铬尖晶石相.在外氧化膜的内部可以 成涂层表面粗糙，厚度较薄.在本文中，使用 观察到沿晶的内氧化物，由EDS确定为Si的氧 IGBT大功率电子开关斩波来产生脉冲，电脉冲 化物. 频率可控制在1000-8000Hz,这样，单个放电的 脉冲能量基本一致，使涂层表面平整，粗糙度降 3分析与讨论 低，更重要的是，显著地提高了涂层的厚度， 以往的电火花表面处理设备中，电极结构 MA956弥散氧化物微晶涂层使1Cr18Ni9T 通常为机械振动式，即采用线性电极上下运动 氧化速率显著降低，同时，氧化膜对基体的附着 来控制回路的通断，因此电火花放电的频率由 性及膜的致密性也得到了明显改善.徽晶结构 电极振动的频率所决定，通常为100Hz左右，造 和弥散氧化物均可促进氧化物形核及缩短形成

Vol.23 No.3 庞洪梅等：MA956ODS合金微晶涂层对1Cr18Ni9Ti不锈钢氧化性能的改善 ·269· 连续氧化膜的暂态过程.更多的形核质点使晶 散系数；K,是只生成B的氧化膜时的抛物线速 核之间可以在更短的时间内通过横向生长而连 度常数 接起来，形成连续的氧化膜.此外，Y的存在改 由于短路扩散，微晶化增大了D值，导致N 变了氧化膜生长的传输机制.氧化膜表面观察 下降.而合金中添加弥散氧化物使CO,的生长 和分析表明Y大量聚集在氧化膜/气体界面处， 机理发生了变化，由原来的Cr向外扩散为主变 氧化膜表面上Y的存在起到了惰性标记的作 成氧向内扩散为主，而氧的扩散系数较Cr低 用，间接证明氧化膜成长的传输机理被改变了， 1~2个数量级，因此，连续C0膜的生长速率 从C*向外扩散为主转变为O向内迁移为主， 降低，K值减小，从而N减小 氧化膜的生长主要发生在合金/氧化膜界面附 从上述理论公式推理，微晶化和添加弥散 近，这是氧化速度降低的一个重要原因. 氧化物颗粒共同作用可以降低形成选择性CO, 从实验结果来看，提高氧化膜对基体附着 膜的Cr的临界含量 性的原因有三方面.涂层表面形成氧化物的晶 粒明显变小，氧化膜从涂层“继承”的微晶结构 4 结论 将有利于氧化膜中生长应力和热应力通过扩散 (1)应用自行研制的高频电脉冲沉积设备在 蠕变释放，从而改善氧化膜的附着性能.另外， 1Cr18Ni9Ti表面上获得了MA956弥散氧化物微 施加MA956涂层的试样，紧邻氧化膜下出现了 晶涂层，涂层表面平整，厚度均匀（达50μm左 Si的沿晶内氧化现象.Saito报道这种内氧化 右)，晶粒尺寸小于100m,涂层与基体之间呈 物能显著改善CO,的附着性，原因是这种内氧 现良好的冶金结合状态 化物钉同时侵人CO,和基体中.相反，未施加 (2)1000℃静态空气中100h恒温氧化的结 涂层的试样没有产生Si的内氧化.内氧化的出 果表明：MA956弥散氧化物微晶涂层使 现同样与Y的存在相关，氧化膜生长传输机理 1Cr18Ni9Ti氧化速率显著降低，并使氧化膜对 的改变，氧沿晶向内扩散的加强，在促进连续 基体的附着性及膜的致密性得到了明显改善， CrO生成的同时，促进了Si的内氧化.氧向内 (3)微晶结构和弥散氧化物促进了氧化物形 扩散的生长机制消除了合金/氧化膜界面孔洞 核及缩短形成连续氧化膜的哲态过程与氧化膜 的形成和结合，进一步改善了氧化膜与基体的 生长传输机理的改变是涂层试样氧化速度降低 附着性.因此，在降低氧化速度和改善氧化膜附 的主要原因 着性方面，微晶和弥散氧化物均有着“协同作 (4)涂层氧化膜对基体附着性提高的原因有 用”. 三方面：微晶结构的氧化膜有利于氧化膜中生 通常情况下，微晶结构在高温条件下是不 长应力和热应力通过扩散蠕变释放；S的沿晶 稳定的，微晶晶粒会通过再结晶而长大而弥散 内氧化对氧化膜可起到钉扎作用；以氧向内扩 在涂层中的弥散氧化物颗粒将起到阻碍晶粒长 散为主的生长机制消除了合金/氧化膜界面孔 大的作用，这可能是弥散氧化物微晶涂层在高 洞的形成和结合 温氧化的条件下可以长时间保持细晶的另一个 (⑤)弥散氧化物可阻碍徽晶结构在高温下的 重要机理. 再结晶长大，从而能更长时间保持微晶结构的 由于微晶化和添加弥散氧化物都能降低形 作用. 成选择性CrO,膜中Cr的临界含量，可以通过 Wagner的合金选择氧化理论来解释其相互协 参考文献 同作用 1 Whittle D P,Stringer J.Improvement in High Temperature 按照Wagner的合金选择氧化理论，在A-B Oxidation Resistance by Addition of Reactive Elements 合金中发生选择氧化形成连续致密的BO氧化 or Oxide Dispersion.Trans R Soc,1980,A295:309 2 Angermann HH,Nishi K,Aono Y,et al.Evolution of Ox- 膜B的临界浓度N为： ide on Ni-base ODS Superalloys.Oxidation of Metals, N=ZoM.D) 1997,48(1/2:1 3 Stringer J.The Reactive Element Effect in High Tempera- 式中：V是合金的摩尔体积；Z是B原子的价态； ture Corrosion.Mater Sci Eng,1989,A120:129 M是氧的相对原子质量；D是B在合金中的扩 4 Giggins CS,Pettit FS.The Oxidation of TDC (Ni-20Cr-2

、 乞 一 庞洪梅等 合金微晶涂层对 不锈钢氧化性能 的改善 一 连续氧化膜 的暂态过程 更多的形核质点使晶 核之间可 以在更短 的时间内通过横 向生长而连 接起来 ， 形成连续 的氧化膜 此外 ， 的存在改 变 了氧化膜生长 的传输机制 氧化膜表面观察 和分析表 明 大量 聚集在氧化膜 气体界面处 ， 氧化膜表面上 的存在起到 了惰性标记 的作 用 ， 间接证明氧化膜成长 的传输机理被改变 了 ， 从 户 向外扩散为主转变为 向内迁移为主 ， 氧化膜 的生长 主要发生在合金 氧化膜界 面 附 近 ， 这是氧化速度 降低 的一个重要原 因 从实验结果来看 ， 提高氧化膜对基体附着 性 的原 因有三方面 涂层表面形成氧化物 的晶 粒 明显变小 ， 氧化膜从涂层 “ 继承 ” 的微 晶结构 将有利于氧化膜 中生长应力和热应力通过扩散 蠕变释放 ， 从而改善氧化膜 的 附着性能 另 外 ， 施加 涂层 的试样 ， 紧邻氧化膜下 出现 了 的沿 晶内氧化现象 〔 报道这种 内氧化 物能显著改善 巧 的附着性 ， 原 因是这种 内氧 化物钉 同时侵人 几 和基体 中 相反 ， 未施加 涂层 的试样没有 产生 的 内氧化 内氧化 的出 现 同样 与 的存在相关 ， 氧化膜生长传输机理 的改变 ， 氧沿 晶 向内扩散 的加强 ， 在促进 连续 巧 ， 生成 的 同时 ， 促进 了 的 内氧化 氧 向 内 扩散 的 生 长机制 消除 了合金 氧化膜界面孔洞 的形成和结合 ， 进一步改善 了氧化膜与基体 的 附着性 因此 ， 在降低氧化速度和改善氧化膜附 着性方面 ， 微 晶 和弥散氧化物均有着 “ 协 同作 用 ” 通 常情况下 ， 微 晶结构在高温条件下 是不 稳定 的 ， 微晶晶粒会通过再结 晶而长大 而弥散 在涂层 中的弥散氧化物颗粒将起到阻碍 晶粒长 大 的作用 ， 这可 能是弥散氧化物微 晶涂层在高 温氧化 的条件下可 以 长 时间保持细 晶的另 一个 重要机理 由于微晶化和添加弥散氧化物都能降低形 成选择性 几 ， 膜 中 的临界含量 ， 可 以通过 认厄即 的合金选择氧化理论’ 来解释其相互协 同作用 按照 厄， 的合金选择氧化理论 ， 在 一 合金 中发生选择氧化形成连 续致密 的 氧化 膜 的临界浓度 为 散系数 凡是 只生成 的氧化膜时 的抛物线速 度 常数 由于短路扩散 ， 微 晶化增大 了 值 ， 导致凡 下 降 而合金 中添加弥散氧化物使 几 ， 的生长 机理发生 了变化 ， 由原来 的 向外扩散为主变 成氧 向内扩散为主 ， 而氧 的扩散 系数较 低 个数量级 ， 因此 ， 连续 膜 的生长速率 降低 ，凡值减小 ， 从而凡 减小 从上述理论公式推理 ， 微 晶化和添加弥散 氧化物颗粒共同作用可 以 降低形成选择性 几 膜 的 的临界含量 了究总 、告 瓦丽 犷 式 中少是合金 的摩尔体积 是 原子 的价态 是氧 的相对原子质量 是 在合金 中的扩 结论 应用 自行研制的高频 电脉冲沉积设备在 表面上获得 了 弥散氧化物微 晶涂层 ， 涂层表面平整 ， 厚度均匀 达 林 左 右 ， 晶粒尺寸小于 ， 涂层 与基体之间呈 现 良好 的冶金结合状态 静态空 气 中 恒温氧化 的结 果 表 明 弥 散 氧 化 物 微 晶 涂 层 使 氧化速率显著降低 ， 并使氧化膜对 基体 的附着性及膜 的致密性得到 了 明显改善 微晶结构和 弥散氧化物促进 了氧化物形 核及缩短形成连续氧化膜的暂态过程与氧化膜 生长传输机理的改变是涂层试样氧化速度降低 的主要原 因 涂层氧化膜对基体附着性提高的原 因有 三方面 微 晶结构的氧化膜有利于氧化膜 中生 长应力 和热应力通过扩散蠕变释放 的沿 晶 内氧化对氧化膜可起到钉扎作用 以 氧 向内扩 散 为主 的生 长机制 消除 了合金 氧化膜界面孔 洞 的形成和结合 弥散氧化物可 阻碍微晶结构在高温下 的 再结 晶长大 ， 从而能更长 时间保持微 晶结构 的 作用 参 考 文 献 认飞 ， 介 泊 切口 妙 取 劝 肠 ， ， ， ， 丫 比 · ， ， 介 奴甘 ， ， ， 伽 ·

·270· 北京科技大学学报 2001年第3期 vol pet ThO,)between 900 and 1200C.Trans AIME, Met Trans,.1982,13A(3):473 1969,245:2495 10 Liu Z,Gao W,Dahm K,et al.Oxidation Behaviour of 5 Hou PY,Stringer J.The Effect of Surface-applied Reac- Sputter-Deposited Ni-Cr-Al Micro-crystalline Coating. tive Metal Oxides on the High Temperature Oxidation of- Acta Materialia,1998,46,1691 Alloys.Mater Sci Eng,1987,87:295 11 He Y,Huang Z,Qi H,et al.Oxidation Behaviour of Micro- 6 He Y,Stott F H.The Effects of Thin Surface-Applied Ox- crystallised Ni-20Cr-Y2O,ODS Alloy Coatings.Materials ide Coating Films on the Selective Oxidation of Alloys. Letter,2000,45:79 Corr0Sci,1996,38,1853 12陈钟燮.电火花表面强化工艺，北京：机械工业出版 7 Bare D R,Merz M D.Differences in Oxides on Large-and 社，1985 Grained 304 Stainless Steel.Metall Trans,1980,11A: 13 Saito Y,Maruyama T,Amano T.Adherence of Oxide Sca- 1973 le Formed on Ni-20Cr-1Si Alloys with Small Additions of 8 Wang F,Lou H.Oxidation Behavior and Scale Morphol- Rare Earth Elements.Mater Sci Eng,1987,87:275 ogy of Normal-grained CoCrAl Alloy and its Sputtered- 14 Wagner C.Theoretical Analysis of the Diffusion Processes Microcrystalline Coating.Mater Sci Eng,1990,A129:279 Determining the Oxidation Rate of Alloys.J Electrochem 9 Yurek G J,Eisen D,Garratt-Reed A.Oxidation Behavior Soc,1952,99(10:369 of a Fine-grained rapidly Solidified 18-8 Stainless Steel. Improvement in the Oxidation Resistance of 1Cr18Ni9Ti by a Micro-crystalline MA956 ODS Alloy Coating PANG Hongmei,OI Huibin,HE Yedong,WANG Deren Corrosion and Protection Center,UST Beijing.Beijing 10008,China ABSTRACT A micro-crystalline MA956 ODS alloy coating of about 50 mm thick was developed on the 1Cr18Ni9Ti stainless steel by means of a high-frequency electro-spark deposition technique.The coating has a very fine grain size of about 100 nm and excellent metallurgical bonding with the substrate.Isothermal ox- idation in air at 1 000C for 100h shows that the micro-crystalline MA956 ODS alloy coating on 1Cr18Ni9Ti promoted the selective oxidation of Cr and also improved the scale spallation resistance dramatically,thus in- creased the oxidation resistance of 1Cr18Ni9Ti greatly. KEY WORDS high-frequency electro-spark deposition;micro-crystalline ODS alloy coating;1Cr18Ni9Ti; oxidation

北 京 科 技 ℃ 肠助 ， ， 丫 价 · 即 · 业 劝 ， ， 取 ， 飞 伪 · ， ， ， ， · 升 ， ， 认翻 ， 一 砂 ， ， 丫 ， ， 印汀 一 劝 一『 一 大 学 学 报 年 第 期 改 竹即 ， ， ， ， ， 以 一 · ， ， ， 丫 ， ， 珑 汀 一 矶 ， ， 陈钟燮 电火花表面强化工艺 ， 北京 机械工业 出版 社 ， ， 面 ， · 吧 ， ， 研厄 汕 ， ， 也 一 子月刃 阴， 碗 ， 百 抢如， 环月 勺 月 几 ， 。 而 妙 一 一 吐 五 山一 ， 止 加 一 一