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【水氧腐蝕】探究水蒸氣對(duì) NiAl 合金在 950°C 下生長(zhǎng)的氧化鋁相變的影響

發(fā)布時(shí)間：

2025-03-18

北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭洪波教授團(tuán)隊(duì)在期刊《Corrosion Science》上發(fā)表了題為“Effect of water vapor on the phase transformation of alumina grown on NiAl at 950℃”的論文。研究分析了NiAl合金在950℃溫度下，干燥氧氣和含有15%水蒸氣的氧氣環(huán)境下的相變。

研究背景

NiAl合金因其高熔點(diǎn)(1640℃)和優(yōu)異的高溫抗氧化性能，廣泛應(yīng)用于高溫領(lǐng)域。其中抗氧化主要來源于表面形成的致密α-Al₂O₃氧化層，但在低溫段或氧化初期表面會(huì)形成亞穩(wěn)態(tài)的氧化鋁(如γ-Al?O?)。因此快速將亞穩(wěn)態(tài)氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>α-Al?O?對(duì)提高抗氧化性至關(guān)重要。目前一些研究表明水蒸氣會(huì)抑制相變，而另一些研究則表明水蒸氣會(huì)加速相變。本文旨在探討水蒸氣對(duì)NiAl合金上θ-Al?O?向α-Al?O?相變的影響。

研究方法

1.實(shí)驗(yàn)方法：

1)NiAl合金通過電弧熔煉制備，并在1050°C真空退火2小時(shí)。樣品切割成圓盤狀（直徑10 mm，厚度3 mm），表面研磨至2000目并用丙酮清洗。

2)水氧實(shí)驗(yàn)：950°C下進(jìn)行等溫氧化實(shí)驗(yàn)，一組為純氧氣，另一組是含有15%水蒸氣的氧氣。水蒸氣通過兩個(gè)蒸餾水飽和器生成，流量約為100 ml/min。

2.實(shí)驗(yàn)表征

1)氧化動(dòng)力學(xué)：通過電子天平測(cè)量樣品重量變化

2)表面形貌：使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）觀察氧化層表面形貌。

3)相分析：使用光致發(fā)光光譜（PSL）分析氧化鋁的相組成。

Fig.3 (b) 16 h in dry O₂; (e)16 h in O₂ + H₂O;

研究結(jié)果

1.水蒸氣顯著促進(jìn)了NiAl合金在950°C下氧化生成的θ-Al?O?向α-Al?O?的轉(zhuǎn)變。

2.在含15%水蒸氣的氧氣中，氧化層更致密且均勻，抗氧化性能優(yōu)于純氧氣環(huán)境。

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