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热处理和合金元素对MCrAlY(Re)粘结层材料高温氧化行为的影响

兰昊  
【摘要】:本论文以γ/β复相MCrAlY(Re)合金为研究对象,以提高合金的抗氧化性能为主要研究内容,系统研究了该系合金的组织特征、高温氧化行为及氧化机理并实现了对服役寿命的预测。 为了阐述热处理和合金元素对MCrAlY(Re)系列γ/β复相合金高温氧化行为的影响,本文主要借助背散射电子显微术及能谱分析技术进行研究。研究结果表明,热处理促进了富铝相的均匀化分布,均匀分布的富铝相有利于合金表面迅速形成致密化的α-Al_2O_3氧化膜,降低了氧化速率,提高了合金的抗氧化性能。 为了阐明合金元素在高温氧化时的作用机理,本文系统研究了合金元素在合金中的分配及析出、氧化动力学、氧化产物的组成、物相转变和氧化膜/合金界面的元素分布。与单一地添加Al、Re相比,Al和Re的联合添加能够增加β相含量,在氧化过程中强化了α-(Cr,Re)相的界面析出行为,降低了氧化速率。添加3~5%wt.%Pt能够形成富Pt的β相。同原始合金相比,Pt改性的合金在高温氧化时具有较快的θ-→α-Al_2O_3相转变、较低的氧化速率和β相消耗速率,能够抑制内氧化及尖晶石氧化物的生成。微量的Dy对合金的组织无明显的影响。在氧化过程中,Dy对合金的作用效果与温度及Re的存在与否有关。对于MCrAlY合金,添加Dy能够细化氧化产物的晶粒、促进过渡相转变、显著降低了氧化速率。1100℃循环氧化时,Dy的添加有助于合金形成单一且致密的α-Al_2O_3氧化膜,抑制了MCrAlY合金表面氧化膜的开裂、剥落及内氮化。Dy对含Re合金的氧化产物的晶粒细化的作用不明显,且阻碍了过渡相的转变。在800℃氧化时,Dy对含Re合金的氧化性能无明显作用。但在较高温度下,Dy能够显著降低该合金的氧化速率,抑制尖晶石氧化物的生成,改善了合金的抗氧化性能。 基于氧化过程中富铝β相的消耗机制建立模型并预测了合金的服役寿命。预测结果表明,添加微量Dy改进的合金的服役寿命两倍于原始合金。


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