NiAl共晶合金的高温氧化行为的研究(4)
（3） Al含量对NiAl金属间化合物高温氧化的影响
从Ni-Al相图能够了解到,β相NiAl中的Al元素含量分布在一个较宽的浓度区域内。Pint研究了不同Al含量的β- NiAl的循环氧化行为,发现在1100℃- 1200℃,Al含量没有对氧化膜的剥落产生影响。因此在研究NiAl金属间化合物的氧化中严格控制元素的化学计量比显得并不十分重要。
（4） 活性元素对NiAl金属间化合物高温氧化的影响
工件的实际工作环境常常处于热循环状态,因此衡量氧化膜是否具保护性的重要因素是它的粘附性。实验证明,提高氧化膜粘附性的有效途径是向合金中加入适量的活性元素，这些活性元素以Y、Zr为代表。添加活性元素对NiAl表面氧化膜的显著作用是减少了氧化膜/ 基体界面空洞的数量,从而氧化膜与基体之间的结合面积增大了。添加活性元素的另一作用是抑制了NiAl表面氧化膜中亚稳态Al2O3向稳态Al2O3的转变。
（5） 合金化对NiAl金属间化合物高温氧化的影响
NiAl基复合材料,尤其是那些通过定向凝固技术制造的NiAl基复合材料可以在有效提高NiAl合金的断裂韧性和高温强度。一般来说,NiAl基复合材料通常是由NiAl基体和Cr、Mo、Re金属相或Laves相(如NiAlNb或NiAlTa)组成的双相或三相合金。对NiAl基复合材料较系统的氧化研究很少,但既然单相NiAl合金尤其添加活性元素后具有优良的高温氧化性能,因此从理论上来讲NiAl基复合材料的氧化抗力也较好[11]。
（6） 微晶化对NiAl金属间化合物高温氧化的影响
抗氧化能力特别是氧化膜的粘附性很大程度上得到改善由于表面微晶化,在1000℃，进行NiAl微晶涂层的氧化实验发现,在恒温氧化中氧化膜/基体界面空洞的产生大大降低由于微晶化与添加稀土元素,另外氧化膜相变的发生也得到加强,在循环氧化中微晶化大大提高了氧化膜的粘附性。
（7） NiAl氧化存在问题及未来研究重点
就添加活性元素提高氧化膜粘附性的作用机理方面,学术界一直没有形成一个统一的比较万能的观点。另外,目前还只能从某些模型来解释Al2O3氧化膜中的相变机理。再者,尚需进一步研究添加稀土元素与表面微晶化在提高氧化膜粘附性方面是否存在不同的作用机理,。所有这些均依赖于高温原位测试设备的进一步发展以及高温分析技术的进一步完善。
1.4 NiAl及NiAl基合金的氧化
1.4.1 氧化膜的组成
二元Ni-Al合金的Al2O3氧化膜，如果单从热力学考虑，铝含量低至1x10-6就可以形成。但是由于合金中存在氧向内扩散与铝向外扩散两种相反的扩散流，在动力学过程中受到限制，导致了非保护性内部氧化和保护性外部氧化。当铝的含量足够高，达到颗粒相互连接所需要的Al2O3氧化物颗粒的临界摩尔分数时，将形成连续的Al2O3氧化膜，相反，则形成不连续的Al2O3氧化膜。而如果合金内部铝的流量低于生成Al2O3的消耗量，不能文持外部Al2O3膜的生长，则不能形成稳定的Al2O3膜；反之亦然。
F.S。Pettit的早期研究工作介绍了二元Ni-Al是一种良好的抗氧化材料，在氧化过程中，只有生长速度缓慢的ɑ-Al2O3膜在合金表面生成，而Ni的氧化物或含Ni的尖晶石结构的氧化物没有生成。该结论对于NiAl合金是不适用的，在NiAl合金的氧化过程中，氧化气氛中的氧分压与氧化温度将直接决定氧化产物的类型。图1-1给出了Ni-Al二元合金的相图及氧化物分布图。从图1-1可以发现：铝含量在0%-6%范围内，合金表面外层形成NiO，内层形成Al2O3（+NiAl2O4）氧化物；当铝含量处于6%-17%时，Al2O3形成于表面氧化开始时，之后由于铝供应不足，形成Al2O3+NiO+NiAl2O4的混合氧化膜；合金表面形成稳定的Al2O3氧化膜当铝含量大于17%时。当添加大量的合金化元素后，合金由于微观组织的改变，使得氧化产物和氧化规律以及氧化机理都变得复杂化[12]。