發(fā)布時間：2019-11-23 07:00

【摘要】：研究了Ti40合金在500~1000℃范圍內的恒溫氧化行為。氧化增重實驗及XRD、SEM、EDS的分析結果表明,Ti40合金的氧化機制可以V的氧化物V2O5的熔點為分界,在700℃以下氧化時,氧化層平整且致密,表面主要由V2O5和TiO2組成,氧化的主要過程為混合氧化膜中的V2O5向外擇優(yōu)生長,氧化機制受V元素在V2O5中的擴散機制控制。在700℃以上氧化時,V2O5的熔化揮發(fā),導致氧化層疏松多孔,氧化層主要由TiO2和SiO2構成,在氧化層和基體的界面處,存在V、Cr元素的富集層,此條件下,合金的氧化受V元素在β鈦合金中的擴散機制控制。
【圖文】：

啵噔頤稚⒎植加諮躉徭礱媯ㄍ?3d），從其能譜分析結果可知，其為Si元素的氧化物SiO2（圖3f）。由于在Ti40合金中Si的含量很少（Ti-25V-15Cr-0.2Si）且氧化生成的SiO2是附著在氧化表面的，氧化表面由大量的TiO2組成，對附著于大量TiO2上的少量半透明狀SiO2進行能譜分析易受其影響，所以能譜分析結果中O和Si的原子比例是大于2的，，多余的O則是TiO2中的O。樹枝狀V2O5消失主要是由于V2O5屬于低熔點氧化物，在670℃熔化并揮發(fā)，所以當氧化溫度超過700℃時，混合氧化層中的V2O5圖3Ti40合金不同溫度氧化后表面的SEM照片和能譜分析Fig.3SEMimagesandEDSresultsofoxidationsurfaceofTi40alloyatdifferenttemperatures:(a)500℃,(b)600℃,(c)800℃,(d)900℃,(e)600℃-EDS,and(f)900℃-EDS揮發(fā)，導致氧化膜表面疏松多孔，且呈波浪狀起伏，同時，SiO2的比例增加。由于V的氧化物V2O5是金黃色，在溫度低于700℃時，氧化表面含有大量的V2O5氧化物，所以呈現(xiàn)金黃色。當溫度超過700℃時，V2O5熔化揮發(fā)，氧化表面顯示為灰黑色，同時，揮發(fā)的V2O5沉積在坩堝的底部和邊緣，所以在超高溫氧化時，坩堝的底部和邊緣會看到黃色沉淀物。圖4展示了不同氧化溫度下試樣的剖面形貌。表3給出了不同氧化溫度下試樣氧化膜層的厚度。對照表3中不同溫度下氧化層的增厚數(shù)據(jù)，可以看到，在700℃以下氧化時，雖然Ti40合金抗氧化性能弱于普通鈦合金，但氧化膜厚度基本和其它合金保持同一數(shù)量級[6]。當溫度超過700℃時，氧化膜厚度急劇增加，增厚率遠遠大于普通鈦合金[11]。相對于其它鈦合金，高溫下，雖然Ti40合金的氧化層厚度很大，但保持完整，沒有aElementω/%at%O41.54

·1166·稀有金屬材料與工程第44卷圖4Ti40合金不同溫度氧化后剖面形貌及氧化層厚度Fig.4Cross-sectionmorphologiesandoxidelayerthicknessofTi40alloyoxidizedatdifferenttemperatures:(a)600℃,(b)800℃,and(c)1000℃表3不同溫度下Ti40合金氧化膜厚度Table3ThicknessofoxidationfilmforTi40alloyoxidizedatdifferenttemperaturesTemperature/℃Thickness/μmOxidationtime/hIncrementrate/μm·h-15503.91200.0336005.41200.04570051.4800.643800222.9802.786900210.32010.5151000459.71045.970開裂和剝落（圖4b），即使氧化溫度為900℃，平面的氧化層依然保持完整，只是在試樣的棱角處，才發(fā)生開裂。直到氧化溫度達到1000℃時，才在平面氧化層中觀察到有裂紋產(chǎn)生（圖4c），但氧化層依然沒有脫落。同時，通過圖4還可以看到，Ti40合金氧化層和基體之間的過渡區(qū)（或者影響區(qū)）很小，其暗示了在氧化層中有某種阻止氧元素向基體擴散的機制存在。圖5顯示了以界面為基準，分別向基體和氧化層不同深度延伸不同位置的合金元素分布�？梢钥闯�，從氧化表面向氧化層和基體延伸，Ti、V、Cr元素含量逐漸升高，O元素含量逐漸降低。但一個非常重要的現(xiàn)象是在氧化層和基體的界面處存在一個V、Cr元素的富集層，通過這個富集層后，O元素含量急劇降低到正常水平。這說明V、Cr元素的富集層對O元素向基體的擴散有阻礙作用，這也是為什么在圖4b中觀察到Ti40合金氧化層和基體之間過渡區(qū)很小的原因。圖5Ti40合金氧化試樣剖面元素分布圖Fig.5Compositionprofilesofelementsonthecross-sectionofTi40alloy:(a)600℃and(b)800℃3討論3.1Ti40合金的氧化從上文實驗結果和分析來看，Ti40合金在500~1000℃范圍內的氧化可以分為2個區(qū)間分析

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