長壽命Cr20Ni80電熱合金絲高溫氧化行為研究.pdf

1、Cr20Ni80電熱合金由于具有良好的抗氧化性、抗腐蝕性、較大的電阻率和穩(wěn)定的電阻率值、較高的高溫強度等綜合性能，被廣泛應用在家用電器、工業(yè)爐及醫(yī)療、通信、核電等領域內的電熱元器件制備。而加熱溫度和時間是影響Cr20Ni80電熱合金材料性能的重要因素，決定著電熱元件在使用過程中表面氧化膜的生成和破壞，對合金元器件的使用壽命有著極其重要的作用。本文所研究的Cr20Ni80電熱合金絲用于鋁熔煉爐加熱器件，在論文中研究了 Cr20Ni80電熱

2、合金的氧化動力學過程以及氧化膜的形貌，探討了氧化膜的形成和生長機理。采用箱式電阻爐對8 mmCr20Ni80電熱合金絲進行氧化實驗。研究選用了恒溫氧化法和循環(huán)氧化法兩種實驗方法來進行實驗，恒溫氧化法溫度設為700℃～1000℃，時間設為1 h～100h，循環(huán)氧化法溫度設為1000℃，氧化時間分別為4 h，10h，25h，50 h。主要采用精密電子天平對氧化前后的試樣進行稱重，然后基于氧化前后的質量變化擬合不同溫度下的氧化動力學曲線，采用

3、金相（OM）、X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、能譜(EDS）等方法對試樣表面形成的氧化膜進行分析。
　　本研究主要內容包括：⑴在同一氧化溫度下，隨著氧化時間的延長，氧化動力學曲線出現(xiàn)了分階段現(xiàn)象。在氧化初期的氧化速率與后期相比，要快很多。且隨著溫度的升高，氧化速率逐漸變大，在氧化過程中，材料的抗氧化級別始終為完全抗氧化性。⑵在氧化初期，試樣表面快速形成一層氧化膜，隨著氧化時間的延長，在氧化膜內部應力和熱應力的作用下，氧化

4、膜開始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，隨后在氧化膜剝落的區(qū)域又開始形成新的氧化膜。經 XRD分析，組成氧化膜的主要氧化物為C r2O3，且氧化膜中含有尖晶石結構的NiCr2O4，Cr2O3與NiCr2O4相互交錯，構成了致密均勻的氧化膜，使材料具有了很好的抗氧化性能和抗腐蝕性能。在氧化過程中，如果氧濃度較低，會造成擴散驅動力較小，在這種條件下，鉻離子的擴散方式主要為沿晶界以及缺陷的短路擴散，這會導致Cr20Ni80電熱合金試樣表面形成網狀的氧化膜，由于這

5、種初期形成的氧化膜有很多孔，這就為后期鉻離子的向外擴散提供了快速的擴散通道，有利于致密均勻氧化膜的形成，隨著氧化時間的延長，八面體形狀的N iC r2O4尖晶石會逐漸變?yōu)閷悠瑺詈桶魻?。⑶?000℃條件下，在Cr20Ni80電熱合金試樣氧化前期，在試樣表面產生了由球狀或橢球狀氧化物(主要由Cr2O3構成)組成的表面氧化膜，且隨著氧化時間的延長，這些球狀或橢球狀的氧化物長大并破裂。循環(huán)氧化條件下，與恒溫氧化相比，試樣氧化相同的時間增重較大