摘要: HastelloyN合金是美国橡树岭国家实验室(ORNL)专门为熔盐堆设计的一种镍基高温合金，具有优越的耐腐蚀性能和抗中子辐照性能。GH3535合金是基于HastelloyN合金研制的一种新型国产高温镍基合金，具有优异的抗腐蚀性能和较高的强度。但在高温下该合金容... 展开 HastelloyN合金是美国橡树岭国家实验室(ORNL)专门为熔盐堆设计的一种镍基高温合金，具有优越的耐腐蚀性能和抗中子辐照性能。GH3535合金是基于HastelloyN合金研制的一种新型国产高温镍基合金，具有优异的抗腐蚀性能和较高的强度。但在高温下该合金容易出现氧化膜脱落导致氧化加剧现象，表明GH3535合金抗氧化性能有待进一步提高。 本文对GH3535合金表面进行喷丸处理，以提升GH3535合金的抗氧化性能。采用不连续增重法，研究了GH3535合金900℃高温氧化行为，绘制出氧化动力学曲线。利用X射线应力测定仪、显微硬度计测量喷丸前后GH3535合金物理性质及应力状态变化，利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及电子探针(EPMA)分析了氧化试样的表面及截面形貌、物相组成，探讨了喷丸对合金元素扩散机制及恒温氧化过程的影响；通过记录不同喷丸强度条件下GH3535合金的氧化增重数据，研究喷丸强度对GH3535合金恒温氧化性能的影响。 结果表明，喷丸处理显著改变了GH3535合金的表面状态，喷丸后合金表层粗大的晶粒转变为亚晶和等轴晶。同时，高速弹丸持续撞击合金表面，使得表面应变不断提高，位错密度增加，表层残余应力增大。喷丸强度为0.45Nmm时，表面硬度可以达到521HV，硬化层深度约为160μm。喷丸处理后，GH3535合金在900℃恒温氧化过程中氧化速率降低。随着喷丸强度的增加，合金抗氧化性能逐渐增强，喷丸强度0.45Nmm样品与未喷丸样品相比，氧化增重降低了79.7%。喷丸处理前后GH3535合金氧化膜均出现明显的分层现象。未喷丸合金最外层为NiCr2O4、NiMoO4等复合氧化物，中间为MoO2内氧化层；喷丸后合金最外层为NiO、NiFe2O4和NiCr2O4等复合氧化物，最里层为连续的Cr2O3层。EPMA元素分布结果表明高密度位错组织与“细晶层”的引入使元素扩散机制发生改变。晶界与位错等作为Cr元素的快速通道，加速了Cr元素的扩散并易于形成富Cr氧化物，喷丸后GH3535合金氧化层与基体间形成的连续致密Cr2O3层有效提高了合金的抗氧化性能。 随着喷丸强度的增加，合金表面完整性受到破坏，喷丸强度更大的试样表面出现鳞状突起物、小坑，与合金基体间出现空隙、裂纹，导致合金氧化增重随喷丸强度增加而增大。本研究中喷丸强度0.45Nmm合金氧化增重最小，喷丸强度0.9Nmm合金氧化增重最大。未喷丸GH3535合金在950℃度氧化膜出现大量剥落现象，但喷丸后GH3535合金表面氧化膜均没有明显剥落痕迹。未喷丸合金氧化膜成分主要是NiO、NiCr2O4、NiMoO4，剥落氧化膜成分主要为NiO，NiCr2O4和富Mo的混合氧化物。喷丸后合金氧化膜主要由NiO、NiFe2O4和NiCr2O4等复合氧化物组成，最里层为连续致密的Cr2O3层，以上结果表明喷丸工艺的选择对合金氧化性能的提升具有重要影响。 收起