【摘要】：Cr20Ni80電熱合金由于具有良好的抗氧化性、抗腐蝕性、較大的電阻率和穩(wěn)定的電阻率值、較高的高溫強(qiáng)度等綜合性能,被廣泛應(yīng)用在家用電器、工業(yè)爐及醫(yī)療、通信、核電等領(lǐng)域內(nèi)的電熱元器件制備。而加熱溫度和時(shí)間是影響Cr20Ni80電熱合金材料性能的重要因素,決定著電熱元件在使用過(guò)程中表面氧化膜的生成和破壞,對(duì)合金元器件的使用壽命有著極其重要的作用。本論文所研究的Cr20Ni80電熱合金絲用于鋁熔煉爐加熱器件,在論文中研究了 Cr20Ni80電熱合金的氧化動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及氧化膜的形貌,探討了氧化膜的形成和生長(zhǎng)機(jī)理。采用箱式電阻爐對(duì)8 mmCr20Ni80電熱合金絲進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)。研究選用了恒溫氧化法和循環(huán)氧化法兩種實(shí)驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),恒溫氧化法溫度設(shè)為700℃～1000℃,時(shí)間設(shè)為1h～100h,循環(huán)氧化法溫度設(shè)為1000℃,氧化時(shí)間分別為4h,10h,25h,50h。主要采用精密電子天平對(duì)氧化前后的試樣進(jìn)行稱重,然后基于氧化前后的質(zhì)量變化擬合不同溫度下的氧化動(dòng)力學(xué)曲線,采用金相(OM)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)等方法對(duì)試樣表面形成的氧化膜進(jìn)行分析,研究結(jié)果主要如下:研究表明,在同一氧化溫度下,隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng),氧化動(dòng)力學(xué)曲線出現(xiàn)了分階段現(xiàn)象。在氧化初期的氧化速率與后期相比,要快很多。且隨著溫度的升高,氧化速率逐漸變大,在氧化過(guò)程中,材料的抗氧化級(jí)別始終為完全抗氧化性(抗氧化性指金屬材料在高溫時(shí)抵抗氧化性氣氛腐蝕作用的能力稱為抗氧化性,完全抗氧化性指材料的平均氧化速度均小于0.1 g/m2· h)。在氧化初期,試樣表面快速形成一層氧化膜,隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng),在氧化膜內(nèi)部應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用下,氧化膜開(kāi)始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象,隨后在氧化膜剝落的區(qū)域又開(kāi)始形成新的氧化膜。經(jīng)XRD分析,組成氧化膜的主要氧化物為Cr2O3,且氧化膜中含有尖晶石結(jié)構(gòu)的NiCr2O4, Cr2O3與NiCr204相互交錯(cuò),構(gòu)成了致密均勻的氧化膜,使材料具有了很好的抗氧化性能和抗腐蝕性能。在氧化過(guò)程中,如果氧濃度較低,會(huì)造成擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力較小,在這種條件下,鉻離子的擴(kuò)散方式主要為沿晶界以及缺陷的短路擴(kuò)散,這會(huì)導(dǎo)致Cr20Ni80電熱合金試樣表面形成網(wǎng)狀的氧化膜,由于這種初期形成的氧化膜有很多孔,這就為后期鉻離子的向外擴(kuò)散提供了快速的擴(kuò)散通道,有利于致密均勻氧化膜的形成,隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng),八面體形狀的NiCr2O4尖晶石會(huì)逐漸變?yōu)閷悠瑺詈桶魻�。�?000℃條件下,在Cr20Ni80電熱合金試樣氧化前期,在試樣表面產(chǎn)生了由球狀或橢球狀氧化物(主要由Cr2O3構(gòu)成)組成的表面氧化膜,且隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng),這些球狀或橢球狀的氧化物長(zhǎng)大并破裂。循環(huán)氧化條件下,與恒溫氧化相比,試樣氧化相同的時(shí)間增重較大,且表面氧化膜中Cr2O3較多,這是因?yàn)樵诶錈嵫h(huán)的交替作用下,先期形成的氧化膜不斷剝落,新的氧化膜不斷形成,且隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng),試樣表面的氧化物顆粒由前期的多孔變得均勻且致密。
【圖文】：

鋁合金的高溫蠕變強(qiáng)度低于鎳鉻、鎳鉻鐵合金，所以工作條件為應(yīng)力的應(yīng)該優(yōu)先逡逑選擇鎳鉻或者鎳鉻鐵電熱合金；高溫持久強(qiáng)度為規(guī)定的溫度、時(shí)間下，試樣產(chǎn)生逡逑斷裂的應(yīng)力值，如圖１．１［４］為電熱合金的持久強(qiáng)度；對(duì)電熱合金禽溫短時(shí)抗拉強(qiáng)逡逑度影響最大的是其金相組織，奧氏體的高溫強(qiáng)度更高一些。逡逑１．３．２電熱合金的一般物理性能逡逑熱膨脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及電阻率等皆為衡量電熱合金物理性能的關(guān)鍵逡逑參數(shù)［３］，這些參數(shù)對(duì)于電熱合金的使用以及研究起著舉足輕重的作用。逡逑１．３．２．１熱膨脹系數(shù)逡逑物體由于溫度的升高或降低會(huì)有膨脹或收縮的現(xiàn)象，其變化能力以在一定的逡逑壓強(qiáng)下，單位溫度的變化值所導(dǎo)致的長(zhǎng)度值的改變，這個(gè)值可用熱膨脹系數(shù)來(lái)表逡逑示。在實(shí)際條件下，經(jīng)常使用的有兩種熱膨脹系數(shù)，Ｂ卩：線膨脹系數(shù)和體膨脹數(shù)，逡逑不同物體的熱膨脹系數(shù)一般不同，一般金屬的熱膨脹系數(shù)單位為°Ｃ＇逡逑，０Ｄｉ邐邐ｎ邐邐逡逑１邋Ｖｒ邋ｉｏｏ邋ｉ．ｉ）0ｏ邋ｉｏ．ｏｏｃ邋ｒ＆ｏＴ邋0ｆｘ？逡逑圖１．１電熱合金的持久強(qiáng)度［３］逡逑研究中主要關(guān)注線膨脹系數(shù)

這些粒子具有如下性質(zhì)：假設(shè)它們是不能溶解的，他們?cè)谒魵庵羞^(guò)飽和時(shí)，他逡逑們聚積長(zhǎng)大的速度低于預(yù)期；這個(gè)速度通過(guò)它們的重力沉降速度來(lái)測(cè)量；當(dāng)在較逡逑低的濕度下凝結(jié)時(shí)，它們會(huì)形成鏈狀的結(jié)構(gòu)如圖１．３所示，而在高的濕度下凝結(jié)逡逑時(shí)，形成近似球狀的結(jié)構(gòu)如圖１．４所示，當(dāng)在較低的濕度下形成鏈狀結(jié)構(gòu)時(shí)，可逡逑以通過(guò)提高濕度，其會(huì)變成球狀結(jié)構(gòu)；如果這些粒子是可溶解的，，上述結(jié)論是成逡逑立的，但是Ｃｒ２０３是不溶解的氧化物，不能讓粒子產(chǎn)生易溶解性的特點(diǎn)�？扇苄藻义系模茫颍埃晨梢院芎玫慕忉屢陨犀F(xiàn)象。Ｃｒ０３的存在可以通過(guò)收集裝置內(nèi)的玻璃管壁逡逑的氣溶膠，利用斑點(diǎn)實(shí)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)。在１２５０°Ｃ的條件下，氣溶膠由Ｃｒ３＋和Ｃｒ６＋的鉻逡逑８逡逑
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG132.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 郝文慧;薛紹展;;新型鎳基高溫合金的高溫氧化行為研究[J];稀有金屬材料與工程;2015年02期

2 陽(yáng)喜元;張晉平;吳玉蓉;劉福生;;B2-NiAl納米薄膜厚度對(duì)其彈性性能影響的模擬研究[J];物理學(xué)報(bào);2015年01期

3 吳迪;錢(qián)貴霞;;中國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析[J];稀土;2014年05期

4 馬健;胡銳;常輝;柏廣海;劉s

本文編號(hào)：2586354