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FGH95、FGH96和FGH97合金作为第一代、第二代粉末高温合金的代表已成为先进军用、民用航空发动机涡轮盘的首选材料。由于它们特殊的工作环境,其力学性能和抗腐蚀性能成为评价合金的重要技术指标。本文通过静态增重实验、X射线物相分析、扫描电镜形貌观察等手段,系统研究了FGH95、FGH96和FGH97合金在600~1100℃的高温氧化行为,探讨了它们的高温氧化特征及氧化机理,在一系列系统研究的基础上为几种合金的设计及应用提供实验基础和理论依据。
研究表明:在600~900℃氧化时,FGH95、FGH96和FGH97合金的氧化动力学曲线均符合抛物线规律,氧化层主要由Cr2O3和TiO2组成。当温度升高到1000℃时,FGH97合金的氧化动力学曲线表现为抛物线-直线规律,FGH95和FGH96合金的动力学曲线仍遵循着抛物线规律,此时,在合金表面除形成Cr2O3和TiO2外还有少量的Al2O3和NiCr2O4生成。在1100℃氧化时,FGH96和FGH97合金均发生了毁灭性氧化,形成的氧化物有Cr2O3、TiO2、Al2O3、NiCr2O4、NiAl2O4、NiCo2O4、NiO。在600~800℃氧化时,在FGH95、FGH96和FGH97合金表面形成的氧化膜均匀、完整、致密,且与基体合金结合好,三种合金均表现出优异的抗氧化性能,属于完全抗氧化级。在900℃以上氧化时,表面氧化膜的开裂和剥落现象较为严重,发生了氧化皮形成→剥落→形成的循环过程,合金表面生成的氧化膜已不能很好起到对氧化过程的抑制作用。比较三种合金的高温氧化性能发现:在900℃以下氧化时,FGH97合金的抗氧化性能最佳,但其受温度影响较大,在1000℃氧化50h后即发生了毁灭性氧化;在900℃以上氧化时,FGH95合金的抗氧化性能最好。
本文还考察了合金中各元素的作用及其对抗氧化性能的影响,分析了三种合金在氧化过程中氧化膜开裂和剥落机制,指出了提高合金抗氧化能的可能途径。