高博1,2,王磊,1,2,宋秀1,2,劉楊1,2,楊舒宇3,千葉晶彥4

鎳基高溫合金以γ'相沉淀強(qiáng)化為主，依靠穩(wěn)定的γ+γ'共格組織保證了合金優(yōu)異的高溫綜合性能，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)等熱端部件中得到了廣泛應(yīng)用[1]。與鎳基高溫合金相比，傳統(tǒng)的鈷基高溫合金缺少穩(wěn)定的γ'相，合金高溫強(qiáng)度較低，因此應(yīng)用受限。2006年，Sato等[2]在Co-Al-W三元合金中發(fā)現(xiàn)了較穩(wěn)定的γ'相。新型γ'相的發(fā)現(xiàn)預(yù)示新一代鈷基高溫合金(Co-Al-W基高溫合金)的誕生。由于鈷基高溫合金的液相線溫度高于鎳基高溫合金，Co-Al-W基高溫合金有望進(jìn)一步突破鎳基高溫合金的承溫上限[2,3]。研究[4]表明，燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馊肟跍囟让吭黾?0 ℃，其功率和效率可增加1%，因此Co-Al-W基高溫合金的研制具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

Co-Al-W基高溫合金中，添加Ni、Ta、Ti和Mo等合金元素可使得γ'相的初溶溫度達(dá)1100 ℃甚至更高[5,6,7,8,9]，即高溫條件下γ+γ'相組織穩(wěn)定性較好，合金高溫強(qiáng)度得到保證。與此同時(shí)，為滿足應(yīng)用需求，合金還應(yīng)具備優(yōu)異的抗高溫氧化和熱腐蝕性能[10,11]。已有研究[12]表明，Co-Al-W基高溫合金在900 ℃下為完全抗氧化級(jí)，而在1000 ℃下為抗氧化級(jí)，即合金在1000 ℃下的抗高溫氧化性能有待改善。不僅如此，Co-Al-W基合金在75%Na2SO4+25%NaCl (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)介質(zhì)中腐蝕增重速率較快，氧化層較厚且易發(fā)生脫落，合金腐蝕嚴(yán)重[13,14,15]。因此，如何提高Co-Al-W基高溫合金的抗高溫氧化和熱腐蝕性能至關(guān)重要。

通常，合金的高溫抗氧化和腐蝕性能的改善主要通過合金化和表面改性來實(shí)現(xiàn)。高溫合金中，除通過添加高含量Cr外，多采用表面涂層的方法保護(hù)基體免受高溫氧化和腐蝕[16,17]。然而，涂層制備工藝復(fù)雜且成本較高，基體與涂層互擴(kuò)散區(qū)易發(fā)生相變，反而損害合金力學(xué)性能[18]。近年來，預(yù)氧化技術(shù)由于操作簡單以及成本低廉而受到了廣泛關(guān)注[19,20,21]。通過預(yù)氧化可使合金優(yōu)先形成保護(hù)性的氧化層，從而提高合金的抗高溫氧化和熱腐蝕性能。基于此，本研究將預(yù)氧化應(yīng)用于Co-Al-W基高溫合金中，通過不同預(yù)氧化制度獲得不同結(jié)構(gòu)的氧化層(預(yù)氧化層)，探究預(yù)氧化對(duì)合金高溫氧化和熱腐蝕行為的影響，以期為改善合金抗高溫氧化和熱腐蝕性能提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用Co-Al-W基高溫合金的化學(xué)成分(原子分?jǐn)?shù)，%)為：Cr 8.0，Al 9.0，Ti 2.5，Ta 2.0，W 5.0，Mo 0.3，Ni 26.0，Co余量。合金經(jīng)真空感應(yīng)熔煉工藝后，澆鑄成直徑11 mm、長110 mm的等軸晶鑄錠。采用3種預(yù)氧化制度獲得不同結(jié)構(gòu)的預(yù)氧化層，預(yù)氧化制度如表1所示。對(duì)預(yù)氧化合金與未預(yù)氧化(NPreO)合金分別在空氣中進(jìn)行1000 ℃的循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)，并選用較優(yōu)的預(yù)氧化工藝對(duì)合金進(jìn)行800和850 ℃的熱腐蝕實(shí)驗(yàn)，腐蝕介質(zhì)為75%Na2SO4+25%NaCl，方法為涂鹽法，涂鹽量為0.9~1.1 mg/cm2。預(yù)氧化、1000 ℃氧化和熱腐蝕實(shí)驗(yàn)分別于SX-10-13高溫箱型電阻爐中加熱至恒重的剛玉坩堝中進(jìn)行。采用XQ-2B金相試樣鑲嵌機(jī)鑲嵌合金以保護(hù)氧化層，填充物為Cu粉，鑲嵌溫度為135 ℃；合金鑲嵌過程中氧化層未出現(xiàn)開裂脫落，該方法保護(hù)氧化層可行。利用Sartorius BS 224S型電子天平獲得Co-Al-W基高溫合金的氧化/腐蝕增重，測(cè)量精度為0.0001 g。利用Smart Lab型X射線衍射儀(XRD)對(duì)合金氧化層進(jìn)行物相分析(CuKα)，利用SSX 550和Ultra Plus型掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)氧化層進(jìn)行觀察，并利用JXA-8530F型電子探針顯微分析儀(EPMA)及其附帶的X射線能譜儀(EDS)對(duì)氧化層進(jìn)行定性和半定量分析。

表1Co-Al-W基高溫合金的預(yù)氧化制度

Table 1Pre-oxidation treatment for Co-Al-W-based superalloy

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2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 Co-Al-W基高溫合金的預(yù)氧化層特征

圖1為Co-Al-W基高溫合金經(jīng)不同制度預(yù)氧化后的氧化層XRD譜。由圖可知，900-PreO預(yù)氧化層主要為金紅石結(jié)構(gòu)的TiTaO4和剛玉結(jié)構(gòu)的Cr2O3、Al2O3；而950-PreO和1000-LPreO預(yù)氧化層與900-PreO預(yù)氧化層不同，除剛玉結(jié)構(gòu)的Cr2O3、Al2O3和金紅石結(jié)構(gòu)的TiTaO4之外，還具有尖晶石結(jié)構(gòu)的CoCr2O4和黑鎢礦結(jié)構(gòu)的CoWO4。

圖1

圖1不同制度預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金氧化產(chǎn)物的XRD譜

Fig.1XRD spectra of the oxide products in Co-Al-W-based superalloys after 900-PreO (a), 950-PreO (b) and 1000-LPreO (c) treatments

Co-Al-W基高溫合金經(jīng)不同制度預(yù)氧化后氧化層的截面形貌如圖2所示。結(jié)合EDS分析可知，900-PreO預(yù)氧化層主要由連續(xù)的Cr2O3外層和內(nèi)氧化Al2O3組成。而950-PreO和1000-LPreO預(yù)氧化層為CoCr2O4和Cr2O3外層，TiTaO4和摻雜Ta的CoWO4(簡化為CoWO4)中間層，Al2O3內(nèi)層。值得關(guān)注的是，1000-LPreO預(yù)氧化層中TiTaO4連續(xù)分布于中間層，其厚度約為0.84 μm；而950-PreO中間層以CoWO4為主，TiTaO4呈顆粒狀彌散分布。由于合金在大氣中預(yù)氧化，900-PreO和950-PreO預(yù)氧化層內(nèi)可觀察到TiN (圖2a和b)。3種預(yù)氧化層結(jié)構(gòu)致密且與基體結(jié)合較好，未發(fā)現(xiàn)預(yù)氧化層開裂、孔洞和脫落等現(xiàn)象。此外，合金900-PreO預(yù)氧化層平均厚度約為2.22 μm，950-PreO約為4.08 μm，而1000-LPreO約為6.67 μm，1000-LPreO預(yù)氧化層最厚。

圖2

圖2不同制度預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金的氧化層背散射電子(BSE)像

Fig.2Back-scattered electron (BSE) images of the oxide layer in Co-Al-W-based superalloy after 900-PreO (a), 950-PreO (b) and 1000-LPreO (c) treatments (Dash lines in Figs.2b and c show the boundaries between Cr2O3and CoCr2O4)

2.2預(yù)氧化合金的高溫氧化行為

圖3為未預(yù)氧化和不同制度預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金在1000 ℃下的氧化動(dòng)力學(xué)曲線。可見，900-PreO合金與NPreO合金的氧化增重相近；而950-PreO合金和1000-LPreO合金的氧化增重明顯較小。NPreO合金的平均氧化速率為0.15 g/(m2·h)，900-PreO、950-PreO和1000-LPreO合金的平均氧化速率分別為0.14、0.10和0.10 g/(m2·h)。NPreO、900-PreO和950-PreO合金氧化層脫落較少，脫落量小于0.1 g/m2，而1000-LPreO合金氧化層脫落相對(duì)較多。綜上，950-PreO預(yù)氧化對(duì)合金抗高溫氧化性能的改善最顯著。

圖3

圖3未預(yù)氧化和不同制度預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金1000 ℃的氧化動(dòng)力學(xué)曲線

Fig.3Mass gain curves of Co-Al-W-based superalloys before and after different pre-oxidation treatments at 1000 ℃ (NPreO—no pre-oxidation)

圖4為未預(yù)氧化和不同制度預(yù)氧化合金1000 ℃氧化198 h后的氧化層截面形貌。可見，900-PreO、950-PreO與NPreO合金經(jīng)1000 ℃氧化后的氧化層結(jié)構(gòu)相近。結(jié)合EDS分析表明，合金氧化層均由CoO外層、以CoCr2O4和CoWO4為主的復(fù)雜氧化物中間層和以Al2O3為主的氧化內(nèi)層組成。其中，CoWO4彌散分布，對(duì)元素?cái)U(kuò)散的阻礙能力較弱，而CoCr2O4中間層和Al2O3層連續(xù)，阻礙了合金快速氧化。

圖4

圖4未預(yù)氧化和不同制度預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金經(jīng)1000 ℃氧化198 h后的氧化層BSE像

Fig.4BSE images of the oxide layer in Co-Al-W-based superalloy before and after different pre-oxidation treatments oxidized at 1000 ℃ for 198 h

(a) NPreO (b) 900-PreO (c) 950-PreO (d) 1000-LPreO

1000-LPreO合金1000 ℃氧化198 h后的氧化層與其預(yù)氧化層差異較大，合金氧化產(chǎn)物主要為CoO。此外，合金內(nèi)氧化嚴(yán)重，內(nèi)氧化產(chǎn)物主要為Al2O3、CoCr2O4和CoWO4。1000 ℃氧化過程中，1000-LPreO合金氧化層發(fā)生脫落，氧化層重新形成。由于預(yù)氧化層消耗了近氧化層基體中Cr、Al等抗氧化元素的含量，導(dǎo)致保護(hù)性Cr2O3和Al2O3層形成受阻，故氧化層中無連續(xù)保護(hù)性氧化層形成。

綜上，3種預(yù)氧化制度中，950-PreO合金氧化增重最小，氧化層結(jié)構(gòu)致密且具有保護(hù)性CoCr2O4和Al2O3層，故950-PreO為最佳預(yù)氧化制度。基于此，下述熱腐蝕實(shí)驗(yàn)選用預(yù)氧化制度為950-PreO。

2.3 950-PreO合金的熱腐蝕行為

圖5為NPreO和950-PreO合金在75%Na2SO4+25%NaCl腐蝕介質(zhì)中800和850 ℃的腐蝕增重曲線。可見，NPreO合金前11 h腐蝕增重顯著，而950-PreO合金腐蝕增重較小。若以單位時(shí)間合金腐蝕增重評(píng)價(jià)合金熱腐蝕行為，NPreO和950-PreO合金的平均腐蝕增重速率如表2所示，800和850 ℃腐蝕11 h時(shí)，950-PreO合金的平均腐蝕速率僅為NPreO合金的10%~13%。而800和850 ℃腐蝕11~99 h時(shí)，950-PreO合金的平均腐蝕速率為NPreO合金的18%~23%。合金腐蝕層均未發(fā)生氧化物脫落、開裂等現(xiàn)象。從腐蝕增重的角度，950-PreO預(yù)氧化可顯著改善Co-Al-W基高溫合金的抗腐蝕行為。

圖5

圖5NPreO和950-PreO預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金的腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線

Fig.5Mass gain curves of Co-Al-W-based superalloys exposed to 75%Na2SO4+25%NaCl at 800 and 850 ℃

表2NPreO和950-PreO預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金的平均腐蝕增重速率

Table 2Average mass gain rates of NPreO和950-PreO treated Co-Al-W-based superalloys exposed to 75%Na2SO4+25%NaCl

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圖6為NPreO和950-PreO合金在75%Na2SO4+25%NaCl介質(zhì)中腐蝕99 h的腐蝕層截面形貌。800和850 ℃腐蝕下，950-PreO合金的腐蝕層厚度均小于NPreO合金。結(jié)合EDS分析表明，800 ℃腐蝕時(shí)，NPreO合金腐蝕外層為(Co, Ni)O，孔隙較多；腐蝕內(nèi)層由多種復(fù)雜氧化物組成，未形成連續(xù)的Cr2O3和Al2O3層，合金腐蝕層的抗腐蝕能力較弱。而950-PreO合金腐蝕層結(jié)構(gòu)與預(yù)氧化層結(jié)構(gòu)相近，腐蝕層由CoO和CoCr2O4外層、以CoWO4為主的中間層和以Al2O3為主的內(nèi)層組成。對(duì)比950-PreO預(yù)氧化層(圖2b)可知，CoWO4和Al2O3層致密無孔隙，有效抑制了腐蝕介質(zhì)進(jìn)入合金基體。而EDS結(jié)果表明，滲入基體的腐蝕介質(zhì)與Co、W、Ta和Cr等元素反應(yīng)生成了Cr2O3和CoWO4等產(chǎn)物，阻止了合金的進(jìn)一步腐蝕。

圖6

圖6NPreO和950-PreO預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金腐蝕99 h的腐蝕層BSE像

Fig.6BSE images of the oxide layer in NPreO (a, c) and 950-PreO (b, d) treated Co-Al-W-based superalloy exposed to 75%Na2SO4+25%NaCl at 800 ℃ (a, b) and 850 ℃ (c, d) for 99 h

850 ℃腐蝕時(shí)，NPreO合金腐蝕層結(jié)構(gòu)與800 ℃腐蝕時(shí)相似，腐蝕層由CoO外層和復(fù)雜氧化物內(nèi)層組成。而950-PreO合金亦與預(yù)氧化層結(jié)構(gòu)相近。不同的是，850 ℃腐蝕時(shí)連續(xù)Al2O3內(nèi)層被破壞。這是由于850 ℃下腐蝕介質(zhì)通過預(yù)氧化層進(jìn)入合金基體的能力增強(qiáng)，腐蝕介質(zhì)滲入預(yù)氧化內(nèi)層，導(dǎo)致Al2O3層氧分壓增大，Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镃oAl2O4亦具有保護(hù)性。綜上，950-PreO預(yù)氧化層有效阻止了腐蝕介質(zhì)的滲入，大幅度降低了合金的腐蝕增重，改善了合金的抗熱腐蝕性能。

3分析討論

3.1預(yù)氧化對(duì)合金高溫氧化行為的影響機(jī)制

不同制度預(yù)氧化Co-AL-W合金在1000 ℃氧化198 h后，900-PreO、950-PreO與NPreO合金的氧化層均由CoO外層、復(fù)雜氧化物中間層和Al2O3內(nèi)層組成，說明該溫度下合金氧化層結(jié)構(gòu)與成分相關(guān)[22]。NPreO合金在1000 ℃氧化0.5 h時(shí)，其合金表面氧化產(chǎn)物為CoCr2O4[12]。隨著氧化的進(jìn)行，氧化層/合金基體界面附近的Cr含量降低而貧化，導(dǎo)致Co、Ta和W等元素向外擴(kuò)散，形成不連續(xù)的CoWO4層。而當(dāng)Ta和W等元素貧化時(shí)，CoCr2O4和CoWO4等氧化產(chǎn)物均不能穩(wěn)定生長，即形成以CoO為外層的氧化層結(jié)構(gòu)(圖4a)。由圖4b可知，900-PreO合金的氧化過程與NPreO合金相似。但900-PreO合金的預(yù)氧化層可阻礙元素在氧化層中的擴(kuò)散，減緩合金氧化層增厚。圖7a為900-PreO合金1000 ℃氧化2 h后的氧化層截面背散射電子(BSE)像。由圖可知，900-PreO合金氧化外層由Cr2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镃oCr2O4和CoO；其中CoO長大速率較快，導(dǎo)致合金的氧化增重相對(duì)顯著。有報(bào)道[23,24]指出，1000 ℃氧化時(shí)Cr2O3易被氧化形成揮發(fā)性的CrO3，破壞合金氧化層的完整性。即1000 ℃時(shí)，900-PreO預(yù)氧化層中的Cr2O3進(jìn)一步氧化而減薄，削弱了其對(duì)氧及金屬元素?cái)U(kuò)散的阻礙作用。此外，900-PreO預(yù)氧化Al2O3層不連續(xù)(圖2a)，不具有保護(hù)性。結(jié)合上述2種因素，900-PreO預(yù)氧化層對(duì)O與金屬元素?cái)U(kuò)散的阻礙能力較弱，氧化層增厚顯著，故其平均氧化增重速率與NPreO合金相近。

圖7

圖7900-PreO和950-PreO預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金氧化2 h的氧化層BSE像

Fig.7BSE images of the oxide layer in 900-PreO (a) and 950-PreO (b) treated Co-Al-W-based superalloy oxidized at 1000 ℃ for 2 h (Insets show the EDS mappings)

950-PreO合金的氧化過程與900-PreO不同的是，950-PreO合金1000 ℃氧化198 h后的表面氧化產(chǎn)物為CoCr2O4，CoCr2O4降低了Cr2O3層處的氧分壓，阻止了Cr2O3被氧化形成揮發(fā)性CrO3。隨著1000 ℃下氧化的進(jìn)行，與CoCr2O4相鄰的Cr2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镃oCr2O4亦起保護(hù)作用[22]；且相比900-PreO 合金，950-PreO合金的CoCr2O4層較厚，可有效阻礙CoO形核與長大(圖7b)。此外，950-PreO合金內(nèi)層連續(xù)致密的Al2O3層阻礙了金屬元素和氧的擴(kuò)散，亦降低了合金的氧化增重速率。

1000-LPreO預(yù)氧化層是根據(jù)各合金元素的極限氧分壓不同，在氧分壓較低的氣氛中獲得[10,25]。EDS分析可知，1000-LPreO預(yù)氧化層中Co含量較少，在1000 ℃氧化過程中，其氧化層增厚機(jī)制與NPreO合金差異較大。亦與900-PreO和950-PreO預(yù)氧化層不同，1000-LPreO預(yù)氧化層中TiTaO4層較厚且連續(xù)。有報(bào)道[26]指出，Ti氧化生成金紅石結(jié)構(gòu)的TiO2。隨著氧化的進(jìn)行，TiO2層中將產(chǎn)生大量裂隙，導(dǎo)致氧化層脫落。由此可見，金紅石結(jié)構(gòu)的TiTaO4間極易產(chǎn)生裂隙[11]；循環(huán)氧化過程中，裂隙在熱應(yīng)力的作用下發(fā)生擴(kuò)展，導(dǎo)致較厚且連續(xù)的TiTaO4層開裂，氧化層大面積脫落而失效。不僅如此，1000-LPreO預(yù)氧化層較厚，抗氧化元素的貧化導(dǎo)致氧化層修復(fù)困難，限制了1000-LPreO預(yù)氧化層對(duì)合金抗氧化的作用。

NPreO、900-PreO和950-PreO合金在1000 ℃氧化過程中，外層CoO長大速率較快，氧化層增厚顯著，該層保護(hù)性較差[11]。而CoWO4層結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不連續(xù)(圖4)，O、Co和Cr元素易沿各氧化物之間的界面擴(kuò)散，導(dǎo)致氧化層增厚顯著。值得關(guān)注的是，氧化層中的CoCr2O4層連續(xù)，呈現(xiàn)阻礙氧和金屬元素?cái)U(kuò)散之作用。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，合金氧化198 h后，CoCr2O4層厚度為4.16~5.45 μm，較厚的CoCr2O4層有益于進(jìn)一步減弱氧化，降低氧化增重。此外，NPreO、900-PreO和950-PreO合金均形成了連續(xù)的Al2O3內(nèi)層。表3為不同制度預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金和1000 ℃氧化198 h后的平均Al2O3層厚度。可見，合金在1000 ℃氧化198 h后，Al2O3層厚度達(dá)1.70 μm，對(duì)金屬元素?cái)U(kuò)散的阻礙作用顯著，合金進(jìn)一步氧化被抑制。900-PreO和950-PreO預(yù)氧化層中的Al2O3層厚度較小，對(duì)元素?cái)U(kuò)散的阻礙能力較弱，進(jìn)而使得2種預(yù)氧化合金在1000 ℃氧化初期增厚顯著。故延長預(yù)氧化時(shí)間，獲得較厚的CoCr2O4和Al2O3層有利于進(jìn)一步改善合金的抗氧化性能。

表3Co-Al-W基高溫合金的Al2O3層厚度

Table 3Mean Al2O3scale thicknesses of Co-Al-W-based superalloy

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3.2預(yù)氧化對(duì)合金熱腐蝕行為的影響機(jī)制

NPreO合金的熱腐蝕行為中，腐蝕介質(zhì)滲入合金的速率較快，連續(xù)性氧化層形成受阻，合金腐蝕嚴(yán)重。相比NPreO合金，950-PreO合金腐蝕增重速率大幅下降，說明950-PreO可顯著改善合金的抗熱腐蝕性能。950-PreO合金800和850 ℃腐蝕99 h后的腐蝕層均與預(yù)氧化層結(jié)構(gòu)相近，即950-PreO預(yù)氧化層在75%Na2SO4+25%NaCl介質(zhì)中的穩(wěn)定性較好，預(yù)氧化層具有優(yōu)異的抗腐蝕性能.

950-PreO預(yù)氧化外層為CoCr2O4，在75%Na2SO4+25%NaCl介質(zhì)中穩(wěn)定；但氧化外層中Cr2O3含量較高，腐蝕過程中Cr2O3與腐蝕介質(zhì)反應(yīng)生成揮發(fā)性產(chǎn)物，形成孔洞[13]。故950-PreO預(yù)氧化層中的CoCr2O4層易失去保護(hù)作用。對(duì)比圖2b和6b可知，950-PreO合金熱腐蝕99 h后，CoWO4和Al2O3層仍穩(wěn)定存在。950-PreO合金的CoWO4和Al2O3層平均厚度如表4所示。熱腐蝕過程中CoWO4和Al2O3層增厚較少，說明該厚度的CoWO4和Al2O3層可有效阻止腐蝕介質(zhì)滲入，預(yù)氧化層具有良好的抗熱腐蝕性。盡管850 ℃腐蝕時(shí)，腐蝕介質(zhì)滲入基體能力強(qiáng)，但Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镃oAl2O4亦具有保護(hù)性。綜上，950-PreO預(yù)氧化后，預(yù)氧化層中連續(xù)的CoWO4和Al2O3層有效抑制了腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步腐蝕，保護(hù)了合金基體。因而，950-PreO降低了合金的腐蝕增重超過80 %，有效改善了合金的抗熱腐蝕性能。

表4950-PreO預(yù)氧化Co-Al-W基高溫合金在800和850 ℃腐蝕99 h后CoWO4和Al2O3層厚度

Table 4Mean CoWO4and Al2O3scale thicknesses of Co-Al-W-based superalloy after 950-PreO treatment and hot corrosion at 800 and 850 ℃ for 99 h

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4結(jié)論

(1) 900 ℃常氧分壓、950 ℃常氧分壓和1000 ℃低氧分壓預(yù)氧化后，Co-Al-W基高溫合金的預(yù)氧化層結(jié)構(gòu)致密，900 ℃常氧分壓預(yù)氧化形成了保護(hù)性Cr2O3外層，而950 ℃常氧分壓和1000 ℃低氧分壓下合金的預(yù)氧化外層為CoCr2O4和Cr2O3；950 ℃常氧分壓和1000 ℃低氧分壓預(yù)氧化均形成了連續(xù)的Al2O3層。

(2) 經(jīng)950 ℃常氧分壓預(yù)氧化合金在1000 ℃氧化時(shí)，氧化產(chǎn)物脫落較少，氧化增重減緩，改善了合金抗氧化性能。而其它2種預(yù)氧化層對(duì)合金抗氧化性能的改善不明顯。

(3) 經(jīng)950 ℃常氧分壓預(yù)氧化合金在1000 ℃氧化時(shí)，CoCr2O4和Al2O3層連續(xù)且致密，可抑制合金快速氧化。而經(jīng)900 ℃常氧分壓預(yù)氧化后合金在1000 ℃氧化時(shí)，外層Cr2O3進(jìn)一步氧化而減薄，削弱了其對(duì)氧及金屬元素?cái)U(kuò)散的阻礙。經(jīng)1000 ℃低氧分壓預(yù)氧化后合金在1000 ℃氧化時(shí)，連續(xù)的TiTaO4層易開裂使得氧化層脫落。

(4) 75%Na2SO4+25%NaCl腐蝕介質(zhì)中，經(jīng)950 ℃常氧分壓預(yù)氧化合金在800和850 ℃下的腐蝕增重僅為未預(yù)氧化合金的12%~18%。這是由于950-PreO合金預(yù)氧化層中的CoWO4和Al2O3層有效抑制了腐蝕介質(zhì)滲入合金基體，提高了合金的抗熱腐蝕能力。

來源--金屬學(xué)報(bào)