ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Системы, формирующие соединение А12Оэ. Сплавы — покрытия из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн2 " Стойкость no отношению к окислительным средам при высоких температурах — этому требованию суперсплавы должны удовлетворять независимо от того, имеется на них защитное покрытие или нет. Следовательно, для успешного проектирования и использования суперсплавов очень важно понять природу процессов их окисления, а также зависимость этих процессов от свойств сплавов и условий их эксплуатации. В этой главе мы дадим краткий обзор сведений об основах окислительных процессов металлов и сплавов, а затем обсудим поведение простых сплавов, образующих соединения СГ2О3 и AI2O3. Далее рассмотрим влияние обычных легирующих элементов на характер окисления этих базовых систем сплавов и заложим тем самым основу для расширенного рассмотрения и трактовки процессов окисления, которым подвергаются сложные суперсплавы. [c.8] Значение к проанализировали теоретически [2], исходя из следующих допущений. [c.9] И все-таки большинство данных отклоняется от модели Вагнера из-за того что упомянутые выше вагнеровские допущения неприемлемы для тех или иных реальных систем. Это особенно проявляется, когда нарушено допущение 2, так что рост окалины не отвечает простому параболическому закону уравнений (11.2) или (11.3). Тем не менее, константы параболического уравнения скорости удобно использовать для сравнения относительных скоростей окисления в тех многочисленных случаях, когда поведение системы хотя бы приблизительно следует параболическому закону (рис. 11.1). [c.10] И И Vgx — молярные объемы соответственно сплава и оксида, а g - критическая объемная доля оксида, необходимая для перехода во многих случаях g = 0,3. [c.11] но оксид ВО более устойчив (при рассмотрении суперсплавов символом А обычно обозначают Ni или Со, а символом В - Сг, А1, Ti и другие элементы). При низких концентрациях В будет образовываться поверхностный слой АО, а оксиды ВО, образующиеся путем внутреннего окисления, выделяются во внутренних объемах сплава (рис. 11.3,а). Если концентрация В повышается и превосходит критический уровень перехода к наружному окислению, формируется строение, представленное на рис. 11.3,5. Создание сплошного слоя ВО кладет конец продолжению формирования оксида АО, если последний менее устойчив, чем ВО, хотя до создания совершенного слоя ВО образуется некоторое количество соединения АО (стадия переходного окисления ). Строение, представленное на рис. 11.3,5, и является целью легирования, направленного на повышение противоокислительной стойкости. Иными словами, легирующий элемент В, оксид которого очень стабилен и медленно растет, вводят в количестве, достаточно большом для формирования поверхностного защитного слоя посредством избирательного окисления [6]. [c.12] Согласно ряду исследований [17—20] малые добавки редкоземельных и других активно окисляющихся элементов изменяют стойкость к окислению у сплавов, образующих соединение r Oj. Обычно благодаря этим добавкам достигают сплошности окалины из СГ2О3 при меньших содержаниях хрома в сплаве (1), скорость роста Сг О, становится ниже (2), улучшается адгезия окалины (З), меняется основной механизм роста оксида — вместо миграции катионов изнутри к поверхности происходит миграция анионов вовнутрь материала (4), размер зерен окалины Сг Оз уменьшается (5). Аналогичные явления наблюдали и в тех случаях, когда до начала окисления активно окисляющиеся добавки присутствовали в сплаве в виде мелкодисперсных оксидных выделений [21—25]. Рис. 11.5 иллюстрирует снижение скорости роста окалины и усиление адгезии r Oj под влиянием добавок Се. [c.16] Смена в условиях образования окалин сопровождается немедленной сменой кинетики окисления (рис. 11.7,6). При низких содержаниях Al параболическая скорость роста f p(NiO) повышена примерно на порядок величины из-за того, что в окалине NiO присутствуют ионы AF и происходит некоторое количество внутреннего окисления. Когда образуется больше AI2O3 (зона II), величина кр становится меньше на 1—2 порядка величины. С ростом температуры понижается скорость роста окалины, так как увеличивается склонность к образованию только соединений AI2O3. При содержании Al 25 % образуется только Al O , и величина кр снижается еще на 1—3 порядка величины. [c.20] Влияние добавок элементов, активно реагирующих с кислородом. [c.24] Редкоземельные элементы (активно взаимодействующие с кислородом) вызывают столь же масштабные изменения в характере окисления сплавов системы M rAl, как и добавки хрома и алюминия. Малые ( 1 %) количества редкоземельных элементов предотвращают отслаивание окалины AljOj, которое при их отсутствии неизбежно происходит по поверхности раздела оксид—металл. Обычно прочность связи окалины и подложки анализируют в связи с явлениями диффузии, ростом и морфологическими особенностями окалины мы поступим таким же образом. [c.24] У гораздо более крупных катионов, используемых в качестве легирующих добавок, объемная растворимость в окалине AljOj гораздо ниже. По этой причине происходит сегрегация к границам зерен окалины и выделение там оксидов Y, Zr и Th (рис. 11.11) [44, 51]. Точные измерения зернограничной диффузии кислорода или алюминия не известны, вероятно, ее масштабы значительны. [c.26] Область II. Сплавам, относящимся к этой области, присуще оптимальное сочетание стойкости к изотермическому и циклическому окислению, обусловленное превосходной связью окалины с подложкой и минимальной скоростью ее роста. Вспученным окалинам в совокупности со спиральными поверхностями металлической подложки свойственны ровные, без пористости, поверхности раздела (рис. 11.13, б, в). От поверхности раздела оксид—металл внутрь сплава [52—54] растут пальцевидные выступы (шпильки) AljOj, инициированные оксидами с высоким содержанием легирующей добавки. [c.28] Вернуться к основной статье