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