CO₂和N₂混合气氛中GCr15轴承钢的氧化行为

摘要

为了探索GCr15轴承钢在25%CO₂+75%N₂（体积分数）混合气氛下的氧化生长机制，采用模拟气氛和非连续称重的方法，研究了GCr15轴承钢的氧化动力学。采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察分析了腐蚀产物的形貌和相组成，并通过热力学计算混合气氛及实验温度下主要反应的吉布斯自由能?G。结果表明：氧化增重随保温时间延长和加热温度升高而增加，符合抛物线规律；1150、1175、1200℃下的氧化速率常数K_T分别为1.24、1.53、2.17 mg²·mm^-4·min^-1，混合气氛下GCr15轴承钢的氧化激活能为194.97 kJ/mol。氧化层厚度和致密度随保温时间的延长和加热温度的升高而增加。轴承钢氧化层外层中O和Fe在致密层更为富集，氧化产物主要由FeO和Fe₃O₄组成；氧化层内层Si、Cr、C 3种元素更为富集，氧化产物主要由FeO组成。氧化铁皮外层的铁氧化物颗粒呈金字塔状，颗粒之间具有一些细小的孔隙可供气体流通。反应物的扩散速率影响氧化行为，后期氧化速率降低的原因是：（1）氧化皮隔绝外部反应气氛与基体；（2）氧化皮中疏松层多孔结构减少基体中Fe向氧化层扩散；（3）氧化产物中硅酸盐熔融堵塞孔隙减少氧化层中反应气氛流通。

关键词

CO₂-N₂混合气氛 / GCr15轴承钢 / 氧化 / 加热温度 / 保温时间