【摘要】：Cr20Ni80電熱合金由于具有良好的抗氧化性、抗腐蝕性、較大的電阻率和穩(wěn)定的電阻率值、較高的高溫強度等綜合性能,被廣泛應用在家用電器、工業(yè)爐及醫(yī)療、通信、核電等領域內(nèi)的電熱元器件制備。而加熱溫度和時間是影響Cr20Ni80電熱合金材料性能的重要因素,決定著電熱元件在使用過程中表面氧化膜的生成和破壞,對合金元器件的使用壽命有著極其重要的作用。本論文所研究的Cr20Ni80電熱合金絲用于鋁熔煉爐加熱器件,在論文中研究了 Cr20Ni80電熱合金的氧化動力學過程以及氧化膜的形貌,探討了氧化膜的形成和生長機理。采用箱式電阻爐對8 mmCr20Ni80電熱合金絲進行氧化實驗。研究選用了恒溫氧化法和循環(huán)氧化法兩種實驗方法來進行實驗,恒溫氧化法溫度設為700℃～1000℃,時間設為1h～100h,循環(huán)氧化法溫度設為1000℃,氧化時間分別為4h,10h,25h,50h。主要采用精密電子天平對氧化前后的試樣進行稱重,然后基于氧化前后的質(zhì)量變化擬合不同溫度下的氧化動力學曲線,采用金相(OM)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)等方法對試樣表面形成的氧化膜進行分析,研究結果主要如下:研究表明,在同一氧化溫度下,隨著氧化時間的延長,氧化動力學曲線出現(xiàn)了分階段現(xiàn)象。在氧化初期的氧化速率與后期相比,要快很多。且隨著溫度的升高,氧化速率逐漸變大,在氧化過程中,材料的抗氧化級別始終為完全抗氧化性(抗氧化性指金屬材料在高溫時抵抗氧化性氣氛腐蝕作用的能力稱為抗氧化性,完全抗氧化性指材料的平均氧化速度均小于0.1 g/m2· h)。在氧化初期,試樣表面快速形成一層氧化膜,隨著氧化時間的延長,在氧化膜內(nèi)部應力和熱應力的作用下,氧化膜開始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象,隨后在氧化膜剝落的區(qū)域又開始形成新的氧化膜。經(jīng)XRD分析,組成氧化膜的主要氧化物為Cr2O3,且氧化膜中含有尖晶石結構的NiCr2O4, Cr2O3與NiCr204相互交錯,構成了致密均勻的氧化膜,使材料具有了很好的抗氧化性能和抗腐蝕性能。在氧化過程中,如果氧濃度較低,會造成擴散驅(qū)動力較小,在這種條件下,鉻離子的擴散方式主要為沿晶界以及缺陷的短路擴散,這會導致Cr20Ni80電熱合金試樣表面形成網(wǎng)狀的氧化膜,由于這種初期形成的氧化膜有很多孔,這就為后期鉻離子的向外擴散提供了快速的擴散通道,有利于致密均勻氧化膜的形成,隨著氧化時間的延長,八面體形狀的NiCr2O4尖晶石會逐漸變?yōu)閷悠瑺詈桶魻�。�?000℃條件下,在Cr20Ni80電熱合金試樣氧化前期,在試樣表面產(chǎn)生了由球狀或橢球狀氧化物(主要由Cr2O3構成)組成的表面氧化膜,且隨著氧化時間的延長,這些球狀或橢球狀的氧化物長大并破裂。循環(huán)氧化條件下,與恒溫氧化相比,試樣氧化相同的時間增重較大,且表面氧化膜中Cr2O3較多,這是因為在冷熱循環(huán)的交替作用下,先期形成的氧化膜不斷剝落,新的氧化膜不斷形成,且隨著氧化時間的延長,試樣表面的氧化物顆粒由前期的多孔變得均勻且致密。
【圖文】：

鋁合金的高溫蠕變強度低于鎳鉻、鎳鉻鐵合金，所以工作條件為應力的應該優(yōu)先逡逑選擇鎳鉻或者鎳鉻鐵電熱合金；高溫持久強度為規(guī)定的溫度、時間下，試樣產(chǎn)生逡逑斷裂的應力值，如圖１．１［４］為電熱合金的持久強度；對電熱合金禽溫短時抗拉強逡逑度影響最大的是其金相組織，奧氏體的高溫強度更高一些。逡逑１．３．２電熱合金的一般物理性能逡逑熱膨脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及電阻率等皆為衡量電熱合金物理性能的關鍵逡逑參數(shù)［３］，這些參數(shù)對于電熱合金的使用以及研究起著舉足輕重的作用。逡逑１．３．２．１熱膨脹系數(shù)逡逑物體由于溫度的升高或降低會有膨脹或收縮的現(xiàn)象，其變化能力以在一定的逡逑壓強下，單位溫度的變化值所導致的長度值的改變，這個值可用熱膨脹系數(shù)來表逡逑示。在實際條件下，經(jīng)常使用的有兩種熱膨脹系數(shù)，Ｂ卩：線膨脹系數(shù)和體膨脹數(shù)，逡逑不同物體的熱膨脹系數(shù)一般不同，一般金屬的熱膨脹系數(shù)單位為°Ｃ＇逡逑，０Ｄｉ邐邐ｎ邐邐逡逑１邋Ｖｒ邋ｉｏｏ邋ｉ．ｉ）0ｏ邋ｉｏ．ｏｏｃ邋ｒ＆ｏＴ邋0ｆｘ？逡逑圖１．１電熱合金的持久強度［３］逡逑研究中主要關注線膨脹系數(shù)

這些粒子具有如下性質(zhì)：假設它們是不能溶解的，他們在水蒸氣中過飽和時，他逡逑們聚積長大的速度低于預期；這個速度通過它們的重力沉降速度來測量；當在較逡逑低的濕度下凝結時，它們會形成鏈狀的結構如圖１．３所示，而在高的濕度下凝結逡逑時，形成近似球狀的結構如圖１．４所示，當在較低的濕度下形成鏈狀結構時，可逡逑以通過提高濕度，其會變成球狀結構；如果這些粒子是可溶解的，，上述結論是成逡逑立的，但是Ｃｒ２０３是不溶解的氧化物，不能讓粒子產(chǎn)生易溶解性的特點�？扇苄藻义系模茫颍埃晨梢院芎玫慕忉屢陨犀F(xiàn)象。Ｃｒ０３的存在可以通過收集裝置內(nèi)的玻璃管壁逡逑的氣溶膠，利用斑點實驗來確認。在１２５０°Ｃ的條件下，氣溶膠由Ｃｒ３＋和Ｃｒ６＋的鉻逡逑８逡逑
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG132.3

【參考文獻】

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1 郝文慧;薛紹展;;新型鎳基高溫合金的高溫氧化行為研究[J];稀有金屬材料與工程;2015年02期

2 陽喜元;張晉平;吳玉蓉;劉福生;;B2-NiAl納米薄膜厚度對其彈性性能影響的模擬研究[J];物理學報;2015年01期

3 吳迪;錢貴霞;;中國稀土產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析[J];稀土;2014年05期

4 馬健;胡銳;常輝;柏廣海;劉s

本文編號：2586354