【摘要】：電力行業(yè)是國民支柱性行業(yè),隨著超超臨界發(fā)電機組蒸汽參數的日益提高,鍋爐材料的運行環(huán)境愈發(fā)惡劣,人們對鍋爐材料的高溫機械性能和抗氧化性能提出了更高的要求。因此,不斷開發(fā)具有優(yōu)異的高溫性能的材料是促進發(fā)電機組工作效率提高的關鍵。有報道指出,高熵合金在高溫空氣中具有良好的抗氧化性能。但是,目前還未見到與高熵合金在超臨界水中氧化行為相關的報道。因此,本文對高熵合金AlxCoCrFeNi(x=0.15,0.4,0.6,0.8,分別命名為Al0.15,Al0.4,Al0.6,Al0.8)在600℃/25MPa超臨界水中的氧化行為進行了研究。并探討了氧化環(huán)境、合金元素的種類及含量和氧化膜的結構及成分對合金抗氧化性能的影響。研究發(fā)現：在600℃/25MPa超臨界水中氧化100～400h后,Alx(x=0.15,0.4,0.6,0.8)表面形成雙層氧化膜。內層氧化膜由NiCr2O4、CoCr2O4和Fe(Cr,Al)2O4組成,而外層氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeCr2O4和CoCr2O4組成。隨著氧化時間的延長,Alx表面氧化物顆粒尺寸和氧化膜厚度均增加,外層氧化膜的致密性降低；隨著合金Alx中Al含量的升高,其表面氧化物顆粒尺寸和氧化膜厚度減小,而內層氧化膜內的Al含量和外層氧化膜的致密性均升高。合金的抗氧化性能與氧化環(huán)境有關。在600℃空氣中氧化400h后,高熵合金Alx(x=0.15,0.4)表面形成雙層氧化膜。內層氧化膜由NiCr2O4、Fe(Cr,Al)2O4組成,而外層氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和CoCr2O4組成。比較Alx(x=0.15,0.4)在兩種氧化環(huán)境中的氧化行為發(fā)現：Alx在空氣中的抗氧化性能明顯大于其在超臨界水中的抗氧化性能。合金的抗氧化性能還與合金元素的種類及含量有關。在600℃/25MPa超臨界水中氧化400h后,Super304H和P92表面分別形成了雙層和三層氧化膜。Super304H的內層氧化膜和P92的內、中層氧化膜由Fe3O4和FeCr2O4組成,而Super304H和P92的外層氧化膜均由Fe2O3和Fe3O4組成。高熵合金Alx(x=0.15,0.4,0.6,0.8)、Super304H和P92在超臨界水中的抗氧化性能排序為：Al0.8Al0.6Al0.4Al0.15Super304HP92.最后,合金的抗氧化性能還依賴于其表面已形成的氧化膜的結構和成分。氧化膜厚度、完整性及氧化膜內富Al氧化物含量的增加均可以提高其對合金的保護性能,而氧化膜內孔洞數量的增加會降低氧化膜的保護性能。對于高熵合金Alx(x=0.15,0.4,0.6,0.8)在600℃/25MPa超臨界水中形成的氧化膜而言,其氧化膜的保護性受到以上四種因素的共同影響,并且其表面氧化膜對合金的保護性主要來自于內層氧化膜。
【圖文】：

邐高摘合金ＡｌｘＣｏＣｒＦｅＮｉ在超臨界水中氧化行為的研宄邐逡逑因此，高熵合金的高混合摘值會使得固溶體和金屬間化合物的溶解度增加，從而造成合逡逑金中簡單固溶體的形成。逡逑（２）晶格畸變效應逡逑由于高熵合金一般為簡單固溶體相結構，因此傳統的晶體結構概念可以從一元或二逡逑元合金延伸到多主元合金中。圖１．１為一個五元合金的ＢＣＣ和ＦＣＣ晶體結構［２７］。由圖逡逑可以看出，每個原子都會占據一個ＦＣＣ或ＢＣＣ點陣中的陣點位置，因此高熵合金中所逡逑有原子都是溶質原子。而由于這些溶質原子的原子半徑差異較大，從而造成高炮合金的逡逑晶格發(fā)生嚴重的扭曲和畸變。為了保持原有的晶格結構（ＦＣＣ或ＢＣＣ），這種晶格扭曲逡逑會造成合金的晶格畸變能大大增加，從而影響合金材料的機械、熱、電、光學以及化學逡逑行為，這也就是所謂的晶格畸變效應。晶格畸變效應可以用來解釋高滴合金的高強度，逡逑特別是具有ＢＣＣ結構的高熵合金［２２，２８，２９］。逡逑

Ｆｉｇ．邋１．７邋ＥＤＳ邋ｍａｐｓ邋ｏｆ邋（ａ）邋Ｔｉ；邋（ｂ）邋Ｔａ，邋ａｎｄ邋（ｃ）邋Ｃｒ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｈａｓｅｓ．邋Ｔｈｅ邋ｄａｒｋｅｒ邋ａｎｄ邋ｌｉｇｈｔｅｒ邋ｒｅｇｉｏｎｓ逡逑ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ邋ｔｏ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，邋ｌｏｗｅｒ邋ａｎｄ邋ｈｉｇｈｅｒ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ⑴逡逑圖１．８為ＮｂＣｒＭｏｏ＿５Ｔａｏ．５ＴｎＺｒ高熵合金在ｌＯＯＣＴＣ流動空氣中的氧化動力學曲線。由逡逑圖可以看出，ＮｂＣｒＭｏｏ．５Ｔａｏ．５ＴｉＺｒ高熵合金的氧化動力學曲線呈拋物線規(guī)律。在前１５００ｓ，逡逑合金的氧化速率非�？�，這是因為合金表面還未形成完整的氧化層，氧化行為由氧氣／逡逑合金界面的界面反應控制。氧化時間在１５００￣３６００ｓ范圍內時，合金的氧化速率降低，逡逑合金表面覆蓋了一層完整的氧化膜，此時合金的氧化行為受氧化膜內氧氣的擴散速率控逡逑制。氧化完成后，合金表面形成多種氧化物，只有局部合金元素發(fā)生了重新分布，，這一逡逑結果說明氧化過程中合金的擴散速率非常緩慢。另外，氧化過程中ＢＣＣ１相中Ｍｏ的氧逡逑化物的揮發(fā)造成了氧化膜內Ｍｏ元素濃度的降低，并在ＢＣＣ１相內形成微孔，促進氧氣逡逑的擴散
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

【參考文獻】

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1 ;Minor alloying behavior in bulk metallic glasses and high-entropy alloys[J];Science in China(Series G:Physics,Mechanics & Astronomy);2008年04期

本文編號：2548152