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 ·