镍基铸造高温合金K444在1000℃长期热暴露形成的多层膜结构

摘要

为研究燃气轮机高温部件在高温下多层膜结构的形成，开展了镍基铸造高温合金K444在1000℃空气中的长期热暴露实验。通过扫描电子显微镜、能量色散能谱和X射线衍射仪对合金表面和截面多层膜结构的形貌、结构和组成进行表征和分析。结果表明：K444合金的多层膜结构由最外层的Cr₂O₃混合少量的TiO₂和NiCr₂O₄连续氧化层、次外层的Al₂O₃离散氧化层和最内层TiN富集层组成。热暴露过程中合金氧化膜增厚曲线符合抛物线规律，随着热暴露的进行氧化膜增厚速率逐渐减小。Cr₂O₃由于较低的热膨胀系数在表面形成最外层的致密氧化层，主要起到阻碍O渗入的作用。含量较少的Al由于在氧化层中较低扩散系数，在次外层聚集形成离散的内氧化层。此外，合金的最内层存在O和N的竞争反应，由于氧分压下降，氮分压相对上升，Ti元素发生氮化反应形成TiN，随着氧化的持续进行，再被氧化成TiO₂。研究结果阐明：K444和在1000℃长期热暴露过程中多层膜结构的形成机理，为高温下的进一步应用提供了理论参考。

关键词

镍基铸造高温合金 / 多层膜结构 / 高温氧化 / 氧化动力学 / TiN