GH3535合金高溫氧化性能研究.pdf

1、鎳基高溫合金由于具有較高的高溫強(qiáng)度、良好的韌性、優(yōu)越的耐腐蝕和抗氧化能力，在化工、石油和核工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。在2011年啟動(dòng)的中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)《未來(lái)先進(jìn)核裂變能》中，已將Ni-Mo-Cr系合金選定為釷基熔鹽堆的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。GH3535合金為我國(guó)自主研制的專門用于釷基熔鹽堆的一種鎳基高溫合金，其化學(xué)成分與Hastelloy N合金非常接近。現(xiàn)階段GH3535合金仍處于研制起步階段，其在高溫環(huán)境中的抗氧化性能優(yōu)劣，將

2、直接影響熔鹽反應(yīng)堆的使用安全及運(yùn)行壽命。
　　本文選用GH3535合金為研究對(duì)象，開(kāi)展了GH3535合金700-980℃溫度范圍的恒溫氧化實(shí)驗(yàn)和650℃與700℃循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)。采用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射分析(XRD)、電子探針(EPMA)和同步輻射X射線熒光技術(shù)(XFR)等多種現(xiàn)代分析測(cè)試手段，研究了氧化溫度、氧化時(shí)間和氧化方式對(duì)GH3535合金氧化膜的形貌特征、氧化層深度、氧化物/基體界面元素分布的影響，探討了高溫氧化過(guò)

3、程，揭示了GH3535合金的高溫氧化機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，GH3535合金在700℃經(jīng)過(guò)2000小時(shí)的恒溫氧化后，增重結(jié)果為1.642mg/cm2，氧化動(dòng)力學(xué)曲線遵循立方規(guī)律，屬于完全抗氧化等級(jí)。870℃和980℃恒溫氧化時(shí)，由于溫度提高導(dǎo)致氧化膜出現(xiàn)開(kāi)裂和剝落現(xiàn)象，增重明顯，分別為0.73mg/cm2和2.00mg/cm2，由合金抗氧化等級(jí)評(píng)定，870℃屬于完全抗氧化，而980℃則屬于抗氧化等級(jí)。700℃恒溫氧化2000h后GH3535

4、合金的氧化膜厚度為4-6μm，且具有明顯的分層結(jié)構(gòu)，外層主要是NiO和NiFe2O4等復(fù)合氧化物，內(nèi)層則為Cr2O3、MoO2和NiCr2O4等混合氧化物，無(wú)明顯內(nèi)氧化現(xiàn)象;870℃恒溫氧化100h后氧化膜厚度為10μm左右，氧化膜連續(xù)程度變差;980℃氧化100h后外層氧化膜出現(xiàn)剝落，露出內(nèi)層氧化膜，并伴有內(nèi)氧化孔洞產(chǎn)生。溫度進(jìn)一步提高，Cr，Mo易形成揮發(fā)性物質(zhì)而導(dǎo)致合金的抗氧化性能下降。在650℃和700℃，分別對(duì)GH3535合金