【摘 要】
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低合金钢因其较好的综合力学性能以及低廉的价格而广泛用作火力发电设施、石油化工厂的热端结构材料。在高温服役环境中,合金中的Cr含量对于抗氧化性能有着重要的作用,但是过高Cr含量的Fe-Cr合金会形成脆性相。根据Wanger的经典氧化理论,合金表面保护性Cr2O3氧化膜的形成涉及两个临界Cr含量:（1）NCr（1）,实现Cr从内氧化到外氧化转变所需的最低Cr含量,（2）NCr（2）,维持现有外Cr2O
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低合金钢因其较好的综合力学性能以及低廉的价格而广泛用作火力发电设施、石油化工厂的热端结构材料。在高温服役环境中,合金中的Cr含量对于抗氧化性能有着重要的作用,但是过高Cr含量的Fe-Cr合金会形成脆性相。根据Wanger的经典氧化理论,合金表面保护性Cr2O3氧化膜的形成涉及两个临界Cr含量:（1）NCr（1）,实现Cr从内氧化到外氧化转变所需的最低Cr含量,（2）NCr（2）,维持现有外Cr2O3保护膜稳定生长所需的最低Cr含量。研究表明随着温度升高,Fe-Cr合金的NCr（1）值升高,NCr（2）值降低,即合金的Cr含量可能低于形成外部Cr2O3膜所需的临界NCr（1）,但高于维持其稳态生长所需的临界NCr（2）。由此提出一种可能,在Cr含量较低的合金表面电镀较薄的纯铬层（≤3μm）作为前驱膜,发生氧化后先于表面形成Cr2O3膜,随后促使合金中的Cr向外扩散以维持Cr2O3膜的稳定生长,在较低的合金Cr含量时就可以维持其稳态生长,这为提高低Cr合金的抗氧化性能指明了一个很好的方向。本论文通过电镀Cr的方法在Cr含量不同的合金基体表面预先制备一层厚度较薄（≤3μm）的纯金属Cr,在850℃恒温氧化,使其在高温氧化初期形成一层外Cr2O3膜,然后研究合金的Cr含量对维持该Cr2O3膜稳定生长的影响。实验结果表明:随着合金基体Cr含量的增加,带Cr镀层的Fe-9Cr、Fe-12Cr和Fe-15Cr合金表面氧化膜中的Cr2O3含量逐渐增大,合金的氧化速率逐渐降低。表明提高合金基体中的Cr含量促进了纯Cr层对基体中的Cr发生选择性氧化的诱导效果。但是,由于镀Cr层中存在裂纹,导致Fe-12Cr与Fe-15Cr合金基体镀3μm的纯铬层的氧化速率比Fe-12Cr和Fe-15Cr合金基体的氧化速率更大。基于前述镀Cr方法制备涂层抗氧化性能的不足,本文后期采用微裂纹镀铬的方法在Cr含量相同的合金T91表面分别制备了不同厚度的纯铬层。在850℃恒温氧化,使试样在高温氧化初期形成一层外Cr2O3膜,随后测试不同涂层厚度对维持该Cr2O3膜稳定生长的影响。实验结果表明:涂层厚度为0.5μm和1.5μm时,T91氧化30 h内会发生“失稳”氧化形成富Fe的氧化物,而涂层厚度为2.5μm时30 h内仍然保留了单一的Cr2O3膜,表明提高纯Cr层的厚度能够有助于维持合金中的Cr发生选择性氧化后生成Cr2O3膜的稳定生长。
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