·1290· 工程科学学报，第38卷，第9期 (a) (b) 实验前 实验中 实验结束 试样 燃烧前 燃烧前沿 引燃物 燃烧后 氧化物 一燃烧产物 4 mm 图1燃烧实验过程示意图(a)及GH4202试样燃烧前后对比图(b) Fig.1 Schematic diagram of ignition-combustion test (a)and comparison of CH4202 samples before and after combustion (b) 30 在燃烧过程中发生熔化，为燃烧前沿提供液态金属，如 图3(d)和(h)所示.未燃烧区与熔化区之间存在明显 25 的弧形固一液界面，是熔化的前沿，呈树枝晶或柱状晶 20 结构，如图3(c)和(g)所示.氧化物区位于最外层，是 GH4202 合金在燃烧过程中形成并附着在液态金属上，随温度 GH4169, 降低冷却而形成的区域，是合金多种元素燃烧形成的 10 混合氧化物.熔化区与氧化物区交界是燃烧界面，燃 烧过程中氧穿过熔融态氧化物与液态金属在燃烧界面 0.2 0.40.60.8 1.0 发生燃烧，燃烧热经熔化区传递到未燃烧区，使合金基 氧压/MPa 体发生熔化，熔化的液态金属进入到熔化区，进而传输 图2合金富氧燃烧实验结果 到燃烧界面与氧发生燃烧.在熔化区内存在小的圆形 Fig.2 Test results of alloy combustion in oxygen-enriched atmos- 氧化物，如图3(d)和()所示，是在凝固过程中溶入 phere 到液态合金中的氧，由于溶解度降低溢出与合金氧化 中镍的抗燃烧性能明显优于另两种合金，三种材料中 而形成.Sparks等网认为大多数金属材料在富氧环境 Ni质量分数由高到低依次为镍（>99.9%)、GH4202 中是以液相进行燃烧，根据对燃烧部分金相组织的分 (≈65%)、GH4169(52.5%).Mellroy等认为作为 析可以判断GH4169与GH4202合金试样同样是液相 主要合金元素，含量高会提高合金的抗燃烧能力， 燃烧. 实验结果与其相一致. 2.2.2合金燃烧区域形貌与成分分析 2.2合金燃烧过程及机理分析 用扫描电镜观察合金GH4169与GH4202燃烧区 2.2.1合金燃烧试样金相组织 域，由图4中可以看出，氧化物区结构疏松，存在大量 在PC燃烧实验中观察到，当金属试样被引燃时， 的空洞，在液态金属与氧发生燃烧反应的燃烧界面处， 在试样底端燃烧前沿形成一个液态的高温熔融液滴， 靠近熔化区边缘存在一层很窄的弧形区域，其组成为 随着试样燃烧的持续，熔融液滴连续形成并在重力作 氧化物中包含许多细小的圆形颗粒，经能谱检测这些 用下滴落，以此循环直至燃烧结束，最后熔融液滴会在 圆形颗粒为高N含量的金属颗粒，是液态合金未完全 试样燃烧端凝固.将GH4169与GH4202燃烧后试样 燃烧的产物，将该层区域称为“燃烧层”，在该区域内 经抛光后，用100mLCH,CH20H+100 mL HCI+5g 液态金属与氧发生燃烧反应 CCl,的腐蚀剂腐蚀，试样燃烧部分（凝固的熔融液滴） GH4169燃烧层中包括未完全燃烧的金属颗粒和 横截面金相组织如图3所示. 两种不同的氧化物，如图4()所示，其中浅灰色氧化 由图3(a)和(e)可见整个燃烧部分由上到下依次 物主要由Cr、Nb、Ti和O组成，深灰色氧化物主要由 为未燃烧区、熔化区（仅熔化未形成氧化物）和氧化 C和0组成：相似地，GH4202燃烧层中同样包含未完 物，未燃烧区受到一定程度的燃烧热影响，未发生熔 全燃烧的金属颗粒和两种不同的氧化物，白色氧化物 化，仍保持原有的等轴晶组织，而熔化区为铸态组织， 主要由Cr、W、Ti和O组成，深灰色氧化物主要由Cr工程科学学报，第 38 卷，第 9 期 图 1 燃烧实验过程示意图( a) 及 GH4202 试样燃烧前后对比图( b) Fig． 1 Schematic diagram of ignition-combustion test ( a) and comparison of GH4202 samples before and after combustion ( b) 图 2 合金富氧燃烧实验结果 Fig． 2 Test results of alloy combustion in oxygen-enriched atmos￾phere 中镍的抗燃烧性能明显优于另两种合金，三种材料中 Ni 质量分数由高到低依次为镍( ＞ 99. 9% ) 、GH4202 ( ≈65% ) 、GH4169 ( 52. 5% ) ． Mcllroy 等［18］认为作为 主要合金元素，Ni 含量高会提高合金的抗燃烧能力， 实验结果与其相一致． 2. 2 合金燃烧过程及机理分析 2. 2. 1 合金燃烧试样金相组织 在 PIC 燃烧实验中观察到，当金属试样被引燃时， 在试样底端燃烧前沿形成一个液态的高温熔融液滴， 随着试样燃烧的持续，熔融液滴连续形成并在重力作 用下滴落，以此循环直至燃烧结束，最后熔融液滴会在 试样燃烧端凝固． 将 GH4169 与 GH4202 燃烧后试样 经抛光后，用 100 mL CH3 CH2 OH + 100 mL HCl + 5 g CuCl2的腐蚀剂腐蚀，试样燃烧部分( 凝固的熔融液滴) 横截面金相组织如图 3 所示． 由图 3( a) 和( e) 可见整个燃烧部分由上到下依次 为未燃烧区、熔化区( 仅熔化未形成氧化物) 和氧化 物，未燃烧区受到一定程度的燃烧热影响，未发生熔 化，仍保持原有的等轴晶组织，而熔化区为铸态组织， 在燃烧过程中发生熔化，为燃烧前沿提供液态金属，如 图 3( d) 和( h) 所示． 未燃烧区与熔化区之间存在明显 的弧形固--液界面，是熔化的前沿，呈树枝晶或柱状晶 结构，如图 3( c) 和( g) 所示． 氧化物区位于最外层，是 合金在燃烧过程中形成并附着在液态金属上，随温度 降低冷却而形成的区域，是合金多种元素燃烧形成的 混合氧化物． 熔化区与氧化物区交界是燃烧界面，燃 烧过程中氧穿过熔融态氧化物与液态金属在燃烧界面 发生燃烧，燃烧热经熔化区传递到未燃烧区，使合金基 体发生熔化，熔化的液态金属进入到熔化区，进而传输 到燃烧界面与氧发生燃烧． 在熔化区内存在小的圆形 氧化物，如图 3( d) 和( h) 所示，是在凝固过程中溶入 到液态合金中的氧，由于溶解度降低溢出与合金氧化 而形成． Sparks 等［19］认为大多数金属材料在富氧环境 中是以液相进行燃烧，根据对燃烧部分金相组织的分 析可以判断 GH4169 与 GH4202 合金试样同样是液相 燃烧． 2. 2. 2 合金燃烧区域形貌与成分分析 用扫描电镜观察合金 GH4169 与 GH4202 燃烧区 域，由图 4 中可以看出，氧化物区结构疏松，存在大量 的空洞，在液态金属与氧发生燃烧反应的燃烧界面处， 靠近熔化区边缘存在一层很窄的弧形区域，其组成为 氧化物中包含许多细小的圆形颗粒，经能谱检测这些 圆形颗粒为高 Ni 含量的金属颗粒，是液态合金未完全 燃烧的产物，将该层区域称为“燃烧层”，在该区域内 液态金属与氧发生燃烧反应． GH4169 燃烧层中包括未完全燃烧的金属颗粒和 两种不同的氧化物，如图 4( c) 所示，其中浅灰色氧化 物主要由 Cr、Nb、Ti 和 O 组成，深灰色氧化物主要由 Cr 和 O 组成; 相似地，GH4202 燃烧层中同样包含未完 全燃烧的金属颗粒和两种不同的氧化物，白色氧化物 主要由 Cr、W、Ti 和 O 组成，深灰色氧化物主要由 Cr ·1290·