·1196· 北京科技大学学报 第36卷 镜、能谱分析、X射线衍射分析等多种分析测试手段 在氧化25h以后，氧化增重随氧化时间增加而基本 对该合金的高温氧化行为以及其高温氧化机理进行 保持不变.从图中可以看出0~100h氧化过程中， 了研究. 合金在900℃下的氧化动力学曲线位置稍高于 700℃.这是因为氧化温度越高，金属离子和氧离子 1实验方法 的扩散速率越快，从而氧化速率越快，氧化越严重， 0DS-310合金的名义成分为Fe-25Cr-20Ni- 氧化增重越大.样品在1100℃下的氧化曲线明显 2Mo-0.4Ti-0.35Y201,合金的实际成分如表1所 高于700和900℃.此外，在1100℃下氧化25h以 示.采用机械合金化的方法制备ODS-310合金粉 后，在坩埚内侧发现有氧化层挥发的痕迹.这是因 末.根据本课题组之前对球磨参数所做的研究，本 为在高温氧化时，Cr生成Cr203,4Cr+302→ 文中采用的球磨参数如下：球料质量比10：1，球磨 2Cr20,·Cr203是一种具有保护性的致密的氧化膜， 转速300r·min-,球磨气氛为高纯氩气.合金粉末 能够阻止基体与氧气接触发生进一步氧化：但是当 经过热等静压得到合金锭，热等静压参数为 温度高于1000℃时，Cr20,将发生进一步氧化成 1150℃，100MPa,保温3h.最后对合金锭进行锻 Cr0,21,2Cr,0,+302+4Cr03,Cr03的蒸气压很 造.锻造工艺为：始锻温度1150℃，终锻温度 高，易挥发.因此，Cx在这种条件下氧化时，一方面 970℃，锻造比3：1. 氧化膜的生长速度按抛物线规律增厚，另一方面 Cr20,又以C0,形态挥发，使氧化膜不断变薄，总的 表10DS-310合金的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the tested ODS310 alloy% 氧化速度由生长和挥发两个过程的速度所决定. 700、900和1100℃，氧化100h时氧化速率分别为 Cr Ni Mo Ti Y 0 Fe 1.21×10-3、1.57×10-3和8.71×10-3mg·cm-2. 23.9718.331.930.320.260.0790.161余量 h1,根据GB/T13303一91均达到完全抗氧化级别， 高温静态增重法氧化实验是根据GB/ 并且各个温度下氧化后氧化层均没有发生脱落的 情况 T1330391进行的.将锻造后的0DS-310合金采 1.0 用线切割切取尺寸为25mm×10mm×1.5mm的小 试样，试样经过磨制，超声波清洗，干燥，然后在型号 0.8 为FA2204B,精度为104g的电子天平上进行称 0.6 重，最后将试样放入AL,0,坩埚中.氧化实验在马弗 1100℃，△M5=6.07×10t 炉中进行，氧化气氛为空气，氧化温度为700、900和 0.4 1100℃，最长氧化时间t为100h.试样氧化冷却后 0.2 900℃.△M4=1.919x1051 在电子天平上进行再次称重，以测定试样的单位面 70℃，△m-2.72×101 积质量变化△M,并绘制△M-t曲线.利用扫描电 20 40 60 80 100 镜、能谱分析X射线衍射分析等方法对试样氧化层 哈 进行微观结构和成分物相分析. 图10DS-310合金不同温度下的氧化动力学曲线 Fig.1 Oxidation kinetic curves of ODS-310 alloy at different tem- 2实验结果与讨论 peratures 2.1氧化动力学曲线 金属高温氧化动力学的普遍表达式3]为 图1为0DS-310合金在700、900和1100℃下 的氧化动力学曲线.氧化温度为700℃和900℃时， △M=K,k. (1) 在氧化初始阶段(0~10h),合金试样氧化速率比较 式中，△M为单位面积质量变化，n为氧化指数，K为 快，这是由于在氧化初期，合金表面存在晶界等缺陷 抛物线速率常数，t为氧化时间 可以促进氧化物形核，属于氧化膜的形成期.随着 通过Origin软件对0DS-310合金在各个温度 氧化的继续进行，在合金表面逐渐形成了一层氧化 下的氧化动力学曲线进行拟合，得到的结果如图1 物薄膜，薄膜阻碍了氧向内扩散以及金属阳离子向 所示 外传输，从而抑制氧化反应继续进行，合金的氧化速 研究表明141：当n=2时，氧化反应主要受金属 率逐渐减慢，氧化物薄膜从形成阶段进人生长阶段， 离子和氧在膜中的扩散控制；当n<2时，氧化的扩北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 镜 、 能谱分析 、 射线衍射分析等多种分析测试手段 在氧化 以 后 ， 氧化 增 重 随氧 化 时 间 增 加 而 基本 对该合金 的 高 温氧化行为 以 及其高 温氧化机理进行 保持不变 从 图 中 可 以 看 出 氧 化过 程 中 ， 了 研究 合金在 下 的 氧 化 动 力 学 曲 线 位 置 稍 高 于 这是 因 为 氧化温度越 高 金属 离子和 氧离 子 的 扩散速率越快 ， 从 而 氧 化速 率越快 氧 化越 严重 ， 合 金 的 名 义 成 分 为 氧化增 重越 大 样 品 在 ： 下 的 氧 化 曲 线 明 显 ， 合 金 的 实 际 成 分 如 表 所 高 于 和 此外 ， 在 ； 下 氧 化 以 示 采用 机械 合 金 化 的 方法 制 备 合 金 粉 后 ， 在坩埚 内 侧 发 现 有 氧 化层 挥发 的 痕迹 这 是 因 末 根据 本课题 组 之 前 对球 磨 参数 所 做 的 研究 本 为在 高 温 氧 化 时 ， 生 成 文 中 采用 的 球 磨参 数 如 下 ： 球 料 质 量 比 ， 球 磨 是一 种 具有保 护 性 的 致 密 的 氧 化膜 ， 转速 球磨气 氛 为 高 纯氩气 合金 粉末 能够阻止基体与 氧气接触 发 生 进 一 步 氧 化 但是 当 经 过 热 等 静 压 得 到 合 金 锭 ， 热 等 静 压 参 数 为 温 度 高 于 时 ， 将 发 生 进 一 步 氧 化 成 ； 保 温 最 后 对 合 金 锭 进 行 锻 的 蒸 气 压 很 造 锻 造 工 艺 为 ： 始 锻 温 度 ： ’ 终 锻 温 度 高 ， 易 挥发 因 此 在这种 条件 下 氧 化 时 一 方 面 锻造 比 氧化膜 的 生 长 速 度 按 抛 物 线 规 律 ±曾 厚 ， 另 一 方 面 又 以 形态挥 发 ， 使氧化膜不断变 薄 总 的 表 合金 的化学 成分 （ 质量分数 ） ’ 氧化速 度 由 生 长 和 挥 发 两 个 过 程 的 速 度 所 决 定 和 ， 氧 化 时 氧 化速 率 分别 为 、 和 錢 ’ 根据 一 均达到 完全抗氧化级别 ， 高 温 静 态 增 重 法 氧 化 实 验 是 根 据 并且各个 ■下 后 ■层 均 没 有 发 生 脱 情况 — 进 行 的 将锻造后 的 合金 采 用线切 割 切 取尺寸 为 的 小 试样 ， 试样经过磨制 ， 超声波清洗 ， 干燥 然后 在 型号 为 ， 精 度 为 的 电 子 天 平 上 进 行 称 重 最后将试样放人 坩埚 中 氧化实验在 马 弗 ！ ‘ 炉 中 进行 氧化气氛 为 空气 ， 氧化温度为 、 和 ° 最 长氧化 时 间 为 试样氧化冷却 后 在 电 子天平上进行再次称重 ， 以 测 定 试样 的 单 位 面 ： ： 积质量 变 化 并 绘 制 謹 曲 线 利 用 扫 描 电 “ — — 镜 、 能谱分析 射线衍射分析 等方法 对试样 氧 化层 办 进行微观结构 和成分物相分析 图 合金 不 同 温度 下 的 氧化动 力 学 曲 线 实 验 结 果 与 讨论 力 ￥ 金鶴温 ： 动力 学 的 普遍 越式 为 图 为 合 金 在 、 和 冗 下 。 的 氧化动力 学 曲 线 氧化温度 为 和 时 ， 在 氧化初始 阶段 合金试样 氧化速率 比 较 式 中 ， 为单位 面积质量变化 ， 为 氧化指数 ， 、 为 快 ， 这是 由 于在氧化初期 合金表面存在 晶 界等缺 陷 抛物线速率常数 ， 《 为 氧化时 间 可 以 促进氧化 物 形 核 ， 属 于 氧 化 膜 的 形 成 期 随 着 通过 软件 对 合 金 在 各 个 温 度 氧化 的 继续进行 在 合 金 表 面 逐 渐形 成 了 一 层氧 化 下 的 氧化动 力 学 曲 线 进 行 拟 合 ， 得 到 的 结 果 如 图 物薄膜 ， 薄膜阻碍 了 氧 向 内 扩 散 以 及 金 属 阳 离 子 向 所示 外传输 从而抑 制 氧化反应继续进行 ， 合金 的 氧化速 研究表明 ： 当 时 氧化反应 主要受 金属 率逐渐减慢 ， 氧化物薄膜从形 成 阶段进人生长 阶段 ， 离子和 氧在膜 中 的 扩 散 控 制 ； 当 时 ， 氧 化 的 扩