典型合金初期氧化行為的TEM研究.pdf

1、合金的高溫氧化一般分為初期氧化（即暫態(tài)氧化）和穩(wěn)態(tài)氧化兩個階段。對初期氧化產(chǎn)物組成和微觀結(jié)構(gòu)的表征有助于詮釋穩(wěn)態(tài)氧化膜的形成過程。但是合金的初期氧化膜較薄，其化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)難以用掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)進(jìn)行分析表征。本論文中主要采用分析型高分辨透射電鏡(TEM)對CeO2彌散改性Ni2Al3高溫涂層以及2∶17型SmCo基高溫磁體的初期氧化產(chǎn)物進(jìn)行了研究，獲得了有重要學(xué)術(shù)價值的成果。
　　一、CeO2彌散的Ni

2、2Al3的初期氧化行為-稀土氧化物“活性元素效應(yīng)(REE)”的本質(zhì)揭示
　　鋁化物涂層是廣泛應(yīng)用的一種Al2O3膜熱生長型高溫防護(hù)涂層，其中加入稀土氧化物使Al2O3膜生長速率進(jìn)一步降低，即產(chǎn)生了所謂的REE。此原因常用“動態(tài)偏聚模型”來解釋，即在氧勢的作用下，稀土氧化物首先在金屬中部分分解而產(chǎn)生稀土原子，它先向氧化膜/金屬界面遷移而后進(jìn)入氧化膜并在其晶界偏聚，偏聚的金屬原子由界面向表面擴(kuò)散并在其過程中抑制供Al2O3膜生長的Al

3、3+和O2-的擴(kuò)散。但這一模型不能解釋為什么既然稀土氧化物比常見的熱生長氧化物(如NiO，Cr2O3和Al2O3)等都要穩(wěn)定，那么它們?nèi)绾卧诮饘倩w中產(chǎn)生單質(zhì)稀土而向氧化膜/金屬的界面遷移呢？
　　針對這一問題，通過對CeO2彌散的Ni2Al3涂層在1100℃的初生氧化膜進(jìn)行微區(qū)成分分析和結(jié)構(gòu)表征，有以下發(fā)現(xiàn):(1) Al2O3膜由向內(nèi)生長的α-Al2O3膜和向外生長的γ-Al2O3膜組成;(2)內(nèi)層α-Al2O3膜晶界上有Ce離

4、子明顯偏聚;(3)外層的γ-Al2O3膜有沿著孿晶界析出的新的Ce2O3顆粒;以及(4)基體金屬中沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)Ce存在。據(jù)此，提出了CeO2產(chǎn)生REE的模型:在氧化過程中，首先生長γ-Al2O3層，然后在其底下α-Al2O3形核并向內(nèi)生長，導(dǎo)致Ni2Al3中彌散的CeO2顆粒嵌入其中，然后CeO2部分溶解釋放出Ce離子并在α-Al2O3的晶界上偏聚，Ce離子在氧勢的作用下沿著晶界向外擴(kuò)散，最終在外側(cè)的氧化膜與氧結(jié)合形成Ce2O3重新析出

5、。
　　二、2∶17型SmCo合金的初期氧化行為-內(nèi)氧化與外氧化的機(jī)制的完整描述
　　2∶17型SmCo基磁體因居里溫度(～850℃)高而被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的高溫永磁體，但其在遠(yuǎn)低于居里溫度條件下會不可逆退磁。目前認(rèn)為氧化是造成退磁的主要因素，但對氧化的機(jī)制尚不清楚。
　　本論文通過對Sm(CobalFe0.22Cu008Zr002)75永磁體初期氧化所形成的氧化物層進(jìn)行了成分分析和結(jié)構(gòu)表征，獲得了以下結(jié)果:(1)發(fā)