新型低Cr镍基合金GH3535高温氧化行为
发布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新时间：2016-01-28
目前，Hastelloy N合金只有美国进行商业化生产，而GH3535合金是一种具有知识产权的新型国产Ni-Mo-Cr系列高温合金。对GH3535合金在700～980℃温度范围内空气环境中进行氧化实验，以探究该合金的抗氧化性能，研究氧化层形貌及成分，为GH3535合金的应用提供实验基础和理论依据。
镍基高温合金由于具有较高的高温强度、良好的韧性、优越的抗腐蚀和抗氧化能力，主要运用于航空发动机、核反应堆和石油化工设备。抗氧化性能是评价高温合金能否安全使用的重要指标之一，国内外对镍基高温合金氧化性能方面进行了许多研究。
在2011年启动的中国科学院战略性先导科技专项《未来先进核裂变能》中，将Ni-Mo-Cr系Hastelloy N合金列为第四代反应堆“钍基熔盐堆”中的结构材料。美国橡树岭国家实验室选用Hastelloy N合金做熔盐堆回路，运行温度范围560～760℃，9年后发现氧化层厚度约为50μm，表明Hastelloy N合金具有优异的抗氧化性能。目前，Hastelloy N合金只有美国进行商业化生产，而GH3535合金是一种具有知识产权的新型国产Ni-Mo-Cr系列高温合金。
研究人员对GH3535合金在700～980℃温度范围内空气环境中进行氧化实验，以探究该合金的抗氧化性能，研究氧化层形貌及成分，为GH3535合金的应用提供实验基础和理论依据。
试验材料选用真空感应炉和真空自耗炉双联制备的Φ16mmGH3535合金试棒，化学成分：Mo17.200，Cr6.950，Fe4.060，Mn0.700，Si0.420，Al0.090，Ti0.040，Cu0.010，Co0.010，C0.058，Ni余量。首先将合金试棒在1177℃固溶处理30min，水冷，然后将固溶处理的材料线切割成30mm×10mm×2mm的标准试样，用金相砂纸逐级打磨至12000#，直至抛光，并用激光打标机进行试样标记，最后用酒精清洗、去油、烘干后待用。依据GB/T 13303-1991《钢的抗氧化性能测试方法》和HB5258-83《钢及合金抗氧化性的测定方法》进行恒温氧化实验。试验结果如下：
（1）GH3535合金在700℃氧化动力学曲线遵循立方规律，870和980℃氧化速度加快。870℃以下属于完全抗氧化等级，而980℃属于抗氧化等级。
（2）GH3535合金在700℃无氧化膜剥落，表面氧化层为致密的尖晶石状氧化物；870℃氧化膜出现了破裂并有少量剥落；980℃下氧化膜出现了大量的剥落现象，致密尖晶石状氧化膜发生了破坏，出现了许多疏松的氧化颗粒。
（3）700℃氧化膜厚度为4μm左右，有明显的分层现象。870℃氧化100h后氧化膜厚度增加到10μm左右，且氧化膜的连续性逐渐变为疏松。980℃氧化100h由于外层氧化层疏松剥落，使氧化膜露出内氧化层，且出现“钉楔”状内氧化孔洞。
（4）通过XRD、能谱和EPMA结果分析，GH3535合金700℃时氧化膜主要组成是外层NiO和NiFe2O4等复合氧化物，中间层Cr2O3、NiCr2O4、MoO2和NiMn2O4等氧化物，内氧化现象不明显。870和980℃表层NiO随着其他金属元素向外扩散，而导致表层氧化膜疏松破裂，Cr与O生成Cr2O3和NiCr2O4抵抗氧的进入，由于高温下Cr、Mo形成挥发性物质而导致合金的抗氧化性能下降。
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