Page 53 - 理化检验-物理分册2024年第十一期

刘京雷，等：GH605高温合金在空气中的氧化及氧化膜结焦行为

压阀调节结焦反应器内的压力。背压阀压力调节量 金的氧化机制可知，合金表面一旦形成初始氧化层，
程为0~10 MPa。背压阀属于精密仪器，为防止结焦 后续氧化过程需要金属离子穿过氧化层向外或者氧
反应器中产生的焦炭颗粒进入背压阀，在背压阀前 离子穿过氧化膜向内才能持续进行。在较高温度下，
面增设一个过滤器。煤油经背压阀泄压后进入废料 金属离子和氧离子的活性较高，扩散反应速率加快。
收集罐。 由图2(b)可知： 在整个氧化过程中，GH605合金
的单位表面积增重呈抛物线趋势，符合Wagner抛物
2 试验结果与讨论
线氧化理论；经过12 h氧化后， 试样的单位表面积增
2.1 GH605合金氧化动力学行为 重逐渐趋于稳定，约为0.65 mg/cm 。氧化开始时，
2
GH605高温合金试样在空气气氛中氧化，试样 试样表面金属粒子和氧气直接接触，大量金属粒子

氧化的单位表面积增重曲线如图2所示。由图2(a) 发生氧化反应，因此反应较快；当氧化层增大到一定
可知：在不同温度下氧化5 h后， 试样表面均有增重， 厚度时，由于氧化膜的阻碍作用，金属粒子向外扩散
且随着氧化温度的升高，试样的单位表面积增重明 难度加大，氧气向内扩散难度也加大，氧化速率逐渐
显增大，说明温度对氧化速率有较大的影响。由合 变慢。

图 2 GH605 合金试样在空气气氛中氧化的单位表面积增重曲线

2.2 GH605合金微观分析 的质量分数增大到9.92%，而W元素和Ni元素的质
在不同温度下氧化5 h后，GH605合金试样表面 量分数分别减小至0.70%和0.66%。
的SEM形貌和能谱分析结果如图3所示。 由图3可知： 在不同温度下氧化 5 h后，GH605 合金试样表
试样表面均主要含有O、Co、Cr、W、Ni、Mn等元素， 面的X射线衍射 （XRD）分析结果如图 4 所示。由
其中Au元素是由SEM分析时表面喷金引入的；当 图4可知：不同温度下得到氧化试样表面的物相组
氧化温度为600 ℃时，试样表面氧化膜光滑平整，试 成不同，表面除了基体相外，氧化产物主要为CoO、
样表面以Co、Cr、W和Ni等基体元素为主，各元素 Cr 2 O 3 、尖晶石结构的（Co,Ni,Mn）Cr 2 O 4 等；当氧化
的含量与基体元素差异较小，说明试样表面氧化膜 温度为600 ℃时，合金试样表面氧化物较少，主要以
较薄；氧化温度升高到700 ℃时，试样表面开始出现 基体相为主；氧化温度升高到700 ℃和800 ℃时，合
鳞片状氧化物，氧化物逐渐堆积并具有一定的厚度， 金试样表面氧化物开始增多，主要含有Cr 2 O 3 及少量
Co、W、Ni等基体元素的含量略有减小，O、Mn、Cr 的CoO和CoCr 2 O 4 ，温度为 700~800 ℃时，Co元素
等元素的含量增大；当氧化温度为800 ℃时，试样表 和Cr元素会与空气中的氧反应，生成CoO和Cr 2 O 3 ，
面鳞片状氧化物较少，氧化物长大聚集，呈较大的块 这两种氧化物逐渐积累，在最外层形成混合氧化层，
状形貌，该温度下形成的氧化物更厚，Cr元素的质量 高温下CoO会和Cr 2 O 3 反应生成CoCr 2 O 4 尖晶石，
分数为27.92%，而基体元素Co的质量分数下降为 而且随着氧化温度的升高，两种氧化物对应的衍射
33.98%；当氧化温度为900 ℃时， 试样表面被一层均 峰值越来越高，说明生成CoCr 2 O 4 尖晶石的反应增
匀致密的氧化层覆盖，试样表面Co元素质量分数降 强；当氧化温度为900 ℃时，基体合金中其他相对含
低为5.64%，Cr元素的质量分数为61.17%，Mn元素 量较少的元素也会向外穿过CoO和Cr 2 O 3 混合氧化
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