симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 2), страница 4

становится меньше на 1-2 порядка величины. С ростом температуры понижается скорость роста окалины, так как увеличивается склонность к образованию только соединений А1,0,, При содержании А1 25% образуется только А1 О„и величина /г снижается еще на 1-3 порядка величины. Влияние добавок хро.ио Сплавы на основе !ч1(Со,ре), содержащие обе противоокислительные добавки Сг и А1, выигрывают из-за существенного синергического влияния этих элеменхов, приносящего громадные технологические выгоды. Так, добавки Сг около 10% (по массе) могут вызвать образование окалины А1,0, на сплавах, содержащих всего лишь 5% (по массе) А1 (в отличие от -17 % А1 у двойных сплавов!). Эта особенность позволила разработать более пластичные и устойчивые диффузионные покрытия МСгА1, а также составы матриц для сплавов, упрочняемых дисперсными оксидными выделениями.

Управляющую роль химического состава по отношению к окислению легче всего обобщить с помощъю карт, на которыя представлены оксиды, образуемые компонентами окалины, а также изменения массы в функции содержания Сг и А1. На рис. 11.8,о изображены три главных характеристическия зоны окисления: зона 1, соответствующая образованию поверх- 20 н,ю и и ув го и Сг,сь (па пасса! Сд пъ рв лассе) га га и! Сг, ь!папесса! м ческого )Ч! Сг — А! от лимит='х йных сплавов )Ч!- Мое ос, Хе Рнспъ . и та „~<~термического гре й З ииснмосгь окисцениа ца при 1000 г поверхностны тиый слой )ч!О область в ! основном '0О' обла~ 'О ЫОг О РйА)хО4 и А!а +Ой а,! О; область ! — пере д „иа единицу его поверх хо ог ЬЛО к ! х и х ности А)аОэ(+ ' ' эменений массы обраэпа 0 оС; область Л вЂ” сос а й ч иэотсрмического иагре Р ц -) карта н ва п и 64 (Ацг/А, мг/сма) аа ' " Л вЂ” составы суперсплавов тавы сплавов- Р цок ытий; область ОкаЛИННЫЯ ОкисЛОВ ! !!О внутренних полокалинн постных окалин зованию поверхност А!0/Сг,О„зона 11 отвечающая о Ра А!О, и зона Ш, 2.

3 2 3 го и подокалинных слоев 2 3 ной Окалины С 2 3 ется только поверхн с остная окалина А!хОз. в которой фоРмируетс зывают существенное слителъные циклы вы П лолжителъные окис ной противоокнслите ь льнои стоикости в с жение зоны оптимально Р А! и Сг (рис. 11.8,б). су енного содержания и направлении, повыше о ми ется обширная переходная На освободившемся месте формируется о 21 зона, характеризующаяся отслоением окалины, ускорением расхода алюминия и образованием сложных окалин %0+ + )3)!СггО»+ Х[А!3О„»- А),О,.

Роль Сг в образовании окалины А),О, прн значительно меньшем содержании А), чем в бинарной системе, можно охарактеризовать в терминах хорошо известного "геттерного" эффекта [34]. Это явление [30, 35] лучше всего можно иллюстрировать деталями механизма промежуточного окисления в системе Х[-15Сг-бА1, схематически представленными на рис. 11.9 [35]. а. Исходный окснд включает все катионъ1, присутствующие непосредственно в поверхностном слое сплава, так что этот слой превращается в систему 15% %Π— 85% % (Сг,А!),О, лг 'с О 10л гр»г 70 75 80 уг'г, ю-сгн Рас.11.9. Снвсргичсскос ваиаанс Сг на созДавпс ОКапав А13О; гстгсрвос дсасгвис ири переходном пропсссс авиалинии сплава (см. текст) )»1 — 15Сг-6А1 (ЗД пра 1000ОС в тсчсвис 1ман (а), 5 мин ®, 40 мин (с) н белес 40мвн (3) Рве.11.10.

Сравнение параболических констант скорости акаслсвиа а, (даны кривмс Аррсвауса) у расписных сплавов системы 1»1-Сг-А) (-) групй1, П и )»1-25А! (3) 130] пч с тако (- — -) сосггектвсвно у м1 (1), сплава )»1-Зосг (2) и сплава 22 ыс " ызывает также некоторыи пере- (быстрый перенос катионов в избыток %О). подокалинное р образование Сг О„поскольб. Происходит активности кисяо- 2 33 ку это соединение устойчив р а йчиво и и низкои а )ч !О-сплав; ой авновесием в системе рода, продиктованнои р опта" идет внутреннее окисле ение и обра- впереди этого "фронта" поскольку они ст " устойчивы при еще зуются выделения А),О„ меньшей активности кислорода. вает фо мирование со е жанне хрома обеспечивает ор в.

Высокое содер О . Э о приводит к устаНО10 Слоя С33 3 т более низкой активности кислорода в ет ифф зию кислорода и образование лина-' сплав, сдерживает ди„ „узию ки м в ннего окислен я. ия. Рост гч!О/!ч[(СГ,А 33 4 1) О также останавливается. комеч сплошным и начинает ой А! О становится сплошны подокалинныи слои 1000 ОС состояние контролировать проц ес с окисления.

При через час. Можно насыщения обычно уп о наст ает меньше, чем чере ие хрома имеет что подобное кооперативное деиствие видеть, что под ное г.астию хрома, зарождесе ьез ю основу;благодаря а( вдела оксид-металл [38] НИЮ 3 3 а(А!О ) на поверхности разде ых нам смесей кристалло- предшествуе р ет об азование знакомых субзе н окалины, легированных графически коге рентных суб зерен ока Ого слоя можно ПОдразделнть на !) О и (Сг,А!),О . чающихся друг от друга олее, е три диапазона, отличающ руг, е 0 36, 37, 39 рис, е есн воз) > )г (П) > гг (П1). Рисунок дает интересную ов г ы 1П. В этих трех случаях разни- %-25А! и сплавов группы мпонента являето влиянием третьего компонен ца, возникающая под вл соответственно, следствием образования 1 , ле ся, соотве х омом (1), геттерной роли алюминия С О (2) как фактора, регулирующего образование г, щенного содержания хрома в А!О (3). ка та ис.

11,8,в позволяет несколько под- 1. Она показывает, оанализ овать изменение массьг. н робнее проанализир ленив можно ожидать что максимального сопр о отивления окислен >10 % А), т.е. в той для систем, о ер м сод жащих >10% Сг н >10 ', т.е. реальные покрытия области составов, к р " кото ой относятся ре л б Сг менее системы %-Сг-А!. Есть ук азания что до авкн 23 10% ве р дны для систем Х1-А1, особенно в условиях длительных выдержек (100-500 ч) или [32 ]. ч или при циклических режимах и не может быть предсказано на основании одних на стойкость к окислен днако слению добавки А! в количестве более 5 о всегла оказывают благотворное алия 11.7) [29, 32, 33, 39, 40]. рное влияние (см. рис.

Влияние добавок элеиенгов активно реагирующих с кислородом. Механиз.и а о рост калины А! О, и ее сцеплен ия с по ложкой д о взаимодействующие с кисРедкоземелыгые элементы (активно те е лородом) вызывают столь же масштабнь ньге изменения в ха акере окисления сплавов системы МС А1, Р и алюминия. Малые (<1 ) г , как и добавки х ки хрома ментов п е отв с о количества редкоземельнь р д ращают отслаивание окалины А1,0„которое при их отсутствии неизбежно проис р вдела оксид-металл. Обычно а ходит по паве хности Р подложки анализируют в ычно прочность связи ока т в связи с явлениями дифф зии лины и и морфологическими особ ффузии, ростом и ос енностями окалины; мы поступим ким же образом.

тупим та- 1!иффузия в А1,О. Дифф зия аА! О ффузия кислорода в соединении происходит преимущественно [41-43]. П пр ущ но по границам зерен ри типичном размере зе ен 1м " ди узии примерно на чепаре порядка величины и евосходит вклад решеточной диффузии. Данн ны препомощью модели оста о анные, полученные с лели роста окалины А1,О, в системе РеСгА1-У О также позволяют ожидать з з з д ть преобладания зернограничной ффузии над решеточной [44]. ной дифПеренос алюминия сквозь ешет и рее чем р ку идет значительно быстем перенос кислорода [45].

О и я пограничной дифф зии ал прямом измерении зерно полагать, что и т ой ди узии алюминия ничего не известно но о, но мож" 1 при типичном размере зерна А! О мкм вклал решеточной дифф зии апю з з аничнои диффузии кислорода и увеличивается с остом размера зерен (или уменьшается с е ся с росзерен). Это е п с уменьшением размера предположение выглядит особенно сп аве в при рассмотрении коэффиц о енно справедливым нциентов зернограничной и кислорода, вычисленных диффузии гх с помощью моделей фак роста окалины А! О [44]. фактического 24 ]. Изменение размера зерен в зави- I ''! Рнс.11.11.Формирован«с зоран А!зОз в результата окисления с~лая~ снстсмы рс — Сг-А1 с добавкой Хг прн 100-ч выдср;ккс при высоких тсмпсратурак о — повсрхносп, контазпа оксид-газ и вид выделений ХгОз; 6 — повсрхносгь раздела мсталл-Оксид и вид ямок в центральной части крупных зерен А1 О симости от времени, температуры или положения в объеме окалины (рис.

11.11) следует принимать во внимание при обращении к любой модели ее диффузионного роста [41]. Однозначно ответить на вопрос о том, как растет окалина А1,О„путем диффузии кислорода вовнутрь или путем диффузии алюминия к поверхности, можно только проведя эксперименты по окислению с применением меченых атомов [46]. Немногочисленные опубликованные исследования свидетельствуют, что при высоких температурах (1100 оС) в системе )ь!!СгА1+т (или Ег) зернограничпая диффузия кислорода действительно преобладает [47]. Однако некоторые признаки роста за счет диффузии алюминия к поверхности тоже наблюдали; этот вариант роста становится существенным при низком содержании легируюшей добавки или низких температурах (900 оС), т.е. в условиях, для которых характерны мета- 25 стабильные переходные оксиды алюминия и перенос устойчивых катионов (38, 48-50!.

Диффузия алюминия оказывается существенной при 1100оС у )3!чгА! без легирующих добавок (46! У гораздо более крупных катионов, используемых в качестве легирующих добавок, объемная растворимость в окалине А),О, гораздо ниже. По этой причине происходит сегрегация к границам зерен окалины и выделение там оксидов У, Хг и ТЫ (рис.11.11) (44, 51!. Точные измерения зерно- граничной диффузии кислорода или алюминия не известны, вероятно, ее масштабы значнтелъны.