纳米晶Ni-12Cr合金800℃高温氧化动力学和氧化膜结构演化

摘要

利用聚焦离子束扫描电镜和扫描透射电镜研究了粗晶和纳米晶结构的Ni-12Cr合金在800 ℃空气中氧化的动力学行为和氧化膜的结构演化。结果表明，氧化初期25 s时，粗晶和纳米晶的氧化膜均为外层NiO和内层富Cr的双层结构。随着氧化的进行，粗晶氧化膜演化为NiO/ （NiO+NiCr2O4） /疏松 Cr2O3/内氧化层的多层结构；而纳米晶发生了Cr的选择性氧化，形成了保护性Cr2O3膜，Cr2O3以非晶晶化的方式形核生长；纳米晶保护性氧化膜的形成早于纳米晶粒的粗化。根据有效扩散系数修正的Wagner理论，Ni-12Cr合金在800 ℃发生由内氧化向外氧化转变的临界晶粒尺寸约为94 nm。纳米晶的氧化动力学曲线分为两个阶段，转折点约为氧化1 h。两阶段均符合抛物线规律，抛物线速率常数kp分别为1.76×10-13和1.58×10-14cm~2·s-1。