Stability to oxidation resistance of heat-resistant nickel alloy with γ′-phase structure

Abstract

Повышенный интерес к многокомпонентному легированию никеля связан с поиском новых составов жаропрочных и жаростойких сплавов на основе никелевого твердого раствора либо его интерметаллидов. В представленной работе изучено сопротивление высокотемпературному окислению сплава системы Ni – Al – Mo – W – Nb, который может быть использован как основа для создания дисперсно-упрочненных инертными частицами карбидов и нитридов двухфазных термически стабильных жаропрочных никелевых сплавов с матрицей из γ′-фазы. Образцы сплава подвергали окислению на воздухе при 900 – 1300 °С в течение 1 – 125 ч. Измеряли уменьшение массы (ΔМ, гр), которое после этого пересчитывали в показатели изменения массы образцов за единицу времени, нормированное на площадь поверхности исходных образцов (Δm, гр/м² ·ч) и скорость «сгорания» поверхностного слоя (угара h, мкм/ч). Показано, что при окислении сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при всех температурах происходит уменьшение массы образцов из-за образования непрочной и рыхлой поверхностной окалины. Зависимости этого показателя от времени окисления близки к линейной. С ростом температуры процессы уменьшения массы интенсифицируются. Предложено повышать окалиностойкость сплава Ni – Al – Mo – W – Nb кратковременным предварительным окислением при 1300 °С в течение 1 ч в атмосфере воздуха. Наблюдаемый эффект повышения стойкости к окислению связан с образованием в окалине слоя из соединения NiAl₂O₄, более эффективно предохраняющего сплав от взаимодействия с кислородом. Опыты по окислению с использованием инертных меток из платины показали, что механизмом, контролирующим окисление сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при высоких температурах в случае наличия на поверхности слоя NiAl₂O₄ , следует считать диффузию кислорода через окисную пленку вглубь металла. Рассчитана энергия активации процессов окисления образцов сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при температурах 900 – 1300 °С и без предварительного окисления. Это значение равно 234 943 ± 13 254 Дж/моль, что характерно для энергии активации процесса самодиффузии никеля.