含铼镍基单晶高温合金在900℃的循环氧化行为

2014-2015学年河北省沧州市高一（下）期末化学试卷一、选择题（共16小题，每小题3分，满分48分）1．（3分）（2015春•沧州期末）2015年“六•五”世界环境日中国确定的主题为“践行绿色生活”，旨在增强全民环境意识、节约意识、生态意识，选择低碳、节俭的绿色生活方式和消费模式，有关绿色生活下列说法不正确的是（）A．自备购物袋，不用塑料方便袋，可以有效控制“白色污染”B．大力发展、推广可利用太阳能．风能的城市照明系统，能够减少温室气体的排放C．将液电池深埋，可以避免其中的重金属污染D．建立空调凝结水和屋面雨水收集系统，充分利用水资源考点：常见的生活环境的污染及治理．分析：“低碳减排”的做法应减少二氧化碳的排放，减少污染物的排放及能源的使用等，以此来解答．解答：解：A、自备购物布袋，不用塑料方便袋，减少白色污染，符合“低碳减排”目的，故A不选；B、开发新能源，如太阳能、风能等，减少对化石能源的依赖，减少二氧化碳的排放，符合“低碳减排”目的，故B不选；C、电池中的重金属离子会带来污染，对废旧电池应当及时回收，集中进行安全处理，故C选；D．建立空调凝结水和屋面雨水收集系统，家庭废水再使用，城市污水处理循环利用，节约水资源，减少排放，符合“低碳减排”目的，故D不选；故选：C．点评：本题主要考查“低碳减排”，注重化学与生活的联系，抓住减少污染物排放、减少二氧化碳排放、减少资源使用等即可解答．2．（3分）（2015春•沧州期末）人类利用有机化合物满足生产生活各个方面的需求，下列有关叙述正确的是（）A．煤的干馏属于物理变化B．油脂在酸性或碱性条件下的水解反应叫做皂化反应C．石油分馏得到的各馏分都是纯净物D．淀粉和纤维素在一定条件下水解均可得到葡萄糖考点：物理变化与化学变化的区别与联系；油脂的性质、组成与结构；淀粉的性质和用途；纤维素的性质和用途；石油的分馏．分析：A．物理变化无新物质生成，煤的干馏有新物质生成；B．油脂在碱性条件下水解出硬质酸钠和甘油为皂化反应；C．石油的各种馏分仍然是混合物；D．淀粉和纤维素均为多糖，为葡萄糖的脱水缩合物．解答：解：A．煤的干馏指煤在隔绝空气条件下加热、分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程，有新物质生成，属于化学变化，故A错误；B．肥皂的主要成分是硬质酸钠，而油脂只有在碱性条件下水解才能水解出硬质酸钠，在酸性条件下水解出硬脂酸，故油脂在碱性条件下的水解才称为皂化反应，故B错误；C．石油的各种馏分仍然是多种烷烃和环烷烃的混合物，无固定熔沸点，故C错误；D．淀粉和纤维素均为葡萄糖的脱水缩合物，故淀粉和纤维素水解后均得葡萄糖，故D正确；故选D．点评：本题考查了化学在生产和生活中的应用，题目难度不大，应注意的是煤的干馏是化学变化，而石油的分馏是物理变化．3．（3分）（2015春•沧州期末）化学用语是学习化学的重要工具，可用来表示物质的组成．物质的结构和物质的变化等，下列用于表示物质结构的化学用语表述正确的是（） A．乙烯的结构简式：CH2CH2 B． H2O2的结构式：H﹣0﹣0﹣HC．氮气的电子式 D． CH4分子的比例模型考点：电子式、化学式或化学符号及名称的综合．分析： A．乙烯的结构简式中的碳碳双键不能省略；B．双氧水为共价化合物，分子中存在两个氢氧键和1个氧氧键；C．氮气分子中含有氮氮三键，氮原子最外层达到8电子稳定结构；D．为甲烷的球棍模型，不是比例模型．解答：解：A．乙烯的结构简式中的碳碳双键不能省略，乙烯结构简式为CH2=CH2，故A错误；B．双氧水为共价化合物，H2O2的结构式为：H﹣0﹣0﹣H，故B正确；C．氮气分子中含有氮氮三键，氮气的电子式为：，故C正确；D．甲烷为正面体结构，由原子相对大小表示空间结构为比例模型，则CH4分子正确的比例模型为：，故D错误；故选BC．点评：本题考查了化学用语的表示方法，题目难度中等，注意掌握比例模型与球棍模型、电子式、结构简式、结构式等化学用语的书写原则，明确比例模型与球棍模型、结构简式与结构式的区别．4．（3分）（2015春•沧州期末）美媒称，中国即将批量生产更为优秀的航空发动机，新生动机将适应更高的内部温度，拥有更出色的性能，很可能被安装在作战飞机上，这表明中国工程师已掌握可制造镍基含铼单晶合金叶片的技术．查资料发现：铼（Re）的熔点3180℃，沸点5627℃；纯铼质软，有良好的机械性能；自然界有2种铼原子Re、Re，下列说法中正确的是（）A．镍基含铼单晶合金属于金属晶体B．Re和Re互称为核素C．铼（Re）元素的相对原子质量为186D．含铼合金比纯铼的熔点高、硬度大考点：质量数与质子数、中子数之间的相互关系；同位素及其应用．分析： A．金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的；B．质子数相同，而中子数不同，互称为同位素；C．同位素原子的丰度不知，无法求元素的相对原子质量；D．合金的熔点比各成份都低．解答：解：A．镍基含铼单晶合金是由金属阳离子和自由电子构成的所以是金属晶体，故A正确；B．Re和Re互质子数相同都为75，而中子数分别为110、112不同，互称为同位素，不是互称核素，故B错误；C．同位素原子的丰度不知，无法求元素的相对原子质量，故C错误；D．合金的熔点比各成份都低，硬度大，故D错误；故选A．点评：本题考查合金的物理性质、同位素的相关知识，注意元素的相对原子量求要结合丰度的值，单个核素的质量数不代表该元素的原子量，题目难度不大．5．（3分）（2015春•沧州期末）化学科学发展的历史，是一部人类逐步认识物质组成、结构、变化的历史，人类对酸碱的认识经历了若干发展阶段，依据酸碱质子理论，下列微粒不属于“酸”的是（）A． HCl B． H2SO3 C． NH4+ D． NH3考点：酸、碱、盐、氧化物的概念及其相互联系．分析：凡是能给出质子（H+）的都是酸，凡能结合质子的都是碱，凡能给出质子且能结合质子的微粒就属于酸碱两性物质，据此分析解答．解答：解：A．氯化氢能够给出质子，属于酸，故A不选；B．H2SO3能够给出质子，属于酸，故B不选；C．NH4+能给出质子属于酸，故C不选；D．氨气只能够结合质子属于碱，不属于酸，故D选；故选：D．点评：本题考查了酸碱的概念，正确题干含义是解本题关键，熟悉酸碱的质子理论是解题关键，题目难度不大．6．（3分）（2015春•沧州期末）NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（）A． 7.0g乙烯与丙烯的混合物中氢原子数为NAB．常温下，1mol C5H12中含有共价键数为17NAC． 17g羟基中含有电子数为10NAD．标准状况下，22.4L苯中含分子数为NA考点：阿伏加德罗常数．专题：阿伏加德罗常数和阿伏加德罗定律．分析：A、根据乙烯与丙烯的最简式均为CH2来计算．B、根据戊烷的成键情况来计算．C、根据羟基呈电中性来计算．D、注意苯在标况下的状态．解答：解：A、乙烯与丙烯的最简式均为CH2，故7.0g乙烯与丙烯的混合物即含n（CH2）= =0.5mol，故含H原子为1mol，即NA个，故A正确；B、1mol C5H12中含有5molC原子，形成C﹣C单键为4mol，含12molH原子，故形成C﹣H键为12mol，故共形成共价键为16mol，即共价键数为16NA，故B错误；C、17g羟基的物质的量为 =1mol，而﹣OH呈电中性，既不失电子也没得电子，故1mol﹣OH含9mol电子，故C错误；D、苯在标况下为液态，故标况下，22.4L苯的物质的量不是1mol，故D错误．故选A．点评：本题考查了电子数目、化学键数目的计算，应注意苯在标况下为液态．7．（3分）（2013•浙江学业考试）一定条件下，0.3mol X（g）与0.3mol Y（g）在体积为1L，的密闭容器中发生反应：X（g）+3Y（g）⇌2Z（g），下列示意图合理的是（）A． B． C．D．考点：化学平衡的影响因素．专题：图示题．分析： A、X减少0.1mol，生成Z0.2mol当达到平衡时可以XZ的物质的量相同；B、反应速率之比等于化学方程式计量数之比，2V（X）正=V（Z）逆，此时反应达到平衡状态；C、Y消耗0.1mol，生成Z物质的量为0.2mol；D、随反应进行X的体积分数分数变化；解答：解：A、X减少0.1mol，消耗Y0.3mol，生成Z0.2mol当达到平衡时可以XZ的物质的量相同，但反应是可逆反应不能进行彻底，图象不符合反应达到平衡状态，故A不符合；B、反应速率之比等于化学方程式计量数之比，2V（X）正=V（Z）逆，此时反应达到平衡状态，V（X）正=V（Z）逆，不能说明费用达到平衡状态，故B不符合；C、Y消耗0.1mol，生成Z物质的量为0.2mol，图象中反应的定量关系不符合反应比，故C不符合；D、反应是气体体积减小的反应，随反应进行X的体积分数分数一定不变化为50%，随反应进行X的体积分数分数不变化，图象符合，故D符合；故选D．点评：本题考查了图象分析判断反应达到平衡状态的理解应用，掌握平衡标志的判断依据是解题关键，题目难度中等．8．（3分）（2015春•沧州期末）将一定量纯净的氨基甲酸铵（NH2COONH4）置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4（s）⇌2NH3（g）+CO2（g）．下列可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的是（） A． 2v（NH3）=v（CO2）B．密闭容器中总压强不变C．密闭容器中混合气体的平均摩尔质量不变D．密闭容器中氨气的体积分数不变考点：化学平衡状态的判断．专题：化学平衡专题．分析：根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．解答：解：A、2v（NH3）=v（CO2）未体现正逆的关系，故A错误；B、密闭容器中总压强不变，说明总物质的量不变，正逆反应速率相等，故B正确；C、因为反应物是固体，所以整个体系中气体摩尔质量是个定值，故C错误；D、因为反应物是固体，容器中氨气和二氧化碳的物质的量之比为2：1，密闭容器中氨气的体积分数不变，故D错误；故选B．点评：本题考查了化学平衡状态的判断，难度不大，注意当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但不为0．9．（3分）（2015春•沧州期末）在t℃时，10L 0.4mol•L﹣1H2O2溶液发生催化分解：2H2O2═2H2O+O2↑，不同时刻测得生成O2的体积如下表，已知反应至6min时，H2O2分解了50%（已折算为标准状况）t/min 0 2 4 6V（O2）/L 0.0 9.9 17.2 V=？下列叙述正确的是（溶液体积变化忽略不计）（）A． 0～2min H2O2平均反应速率比4～6min慢B．反应至6min时，共产生O244.8LC． 0～6min的平均反应速率 v（H2O2）≈3.3×10﹣2mol•L﹣1•mi n﹣1D．反应至6min时，c（H2O2）=0.3mol•L﹣1考点：反应速率的定量表示方法．分析： A．双氧水的物质的量是4mol，反应至6min时，H2O2分解了50%，则生成氧气是=1mol，标准状况下的体积是22.4L，则4～6min内氧气增加了22.4L﹣17.2L=5.2 L，所以0～2min 内H2O2平均反应速率比4～6min快；B．反应至6min时，H2O2分解了50%，则生成氧气是=1mol，根据v=nv m计算；C．0～6min的平均反应速率化学反应速率v=计算；D．反应至6min时，H2O2分解了50%，则反应至6min时，c（H2O2）=0.2mol•L﹣1．解答：解：2H2022H2O+O2↑，在t℃时，10L 0.4mol•L﹣1H2O2溶液双氧水的物质的量是4mol，反应至6min时，H2O2分解了50%，则生成氧气是=1mol，标准状况下的体积是22.4L，A．0～2min产生的氧气的物质的量n（O2）==0.44mol，n（H202）=2n（O2）=0.88mol，v（H202）=≈4.4×10﹣2mol/（L•min），410L～6min产生的氧气的物质的量n（O2）==2.3×10﹣1mol，n（H202）=2n（O2）=4.6×10﹣1mol，=2.3×10﹣2mol/L•min，0～2min H2O2平均反应速率比4～6min快，故A错误；B．反应至6min时，H2O2分解了50%，则生成氧气是=1mol，标准状况下的体积是v=nv m=1mol×22.4mol/L=22.4L，故B错误；C．0～6min产生的氧气的物质的量n（O2）==1mol，n（H202）=2n（O2）=2mol，v （H202）=≈3.3×10﹣2mol/（L•min），故C正确；D．10L 0.4mol•L﹣1H2O2溶液双氧水的物质的量是4mol，反应至6min时，H2O2分解了50%，n（H202）=2n（O2）=2mol，c（H2O2）=0.40﹣=0.20mol/L，故D错误；故选C．点评：本题考查化学反应速率的相关计算，把握化学反应速率之比等化学计量数之比为解答的关键，题目难度不大．10．（3分）（2015春•沧州期末）已知维生素A 的结构简式可写为，式中以线示键，线的交点与端点处代表碳原子，并用氢原子数补足四价，但C、H原子未标记出来，关于它的叙述正确的是（）A．维生素A的分子式为C20H30OB．维生素A中含有苯环C．维生素A中可以使溴水褪色D． 1mol维生素A在催化剂作用下最多可与7molH2发生加成反应考点：有机物的结构和性质．分析： A．根据结构简式确定分子式；B．根据图知，该物质中不含苯环但含有碳碳双键；C．碳碳双键能和溴发生加成反应；D．该分子中含有5个碳碳双键，只有碳碳双键能和氢气发生加成反应．解答：解：A．根据结构简式确定分子式为C18H26O，故A错误；B．根据图知，该物质中不含苯环但含有碳碳双键、醇羟基，故B错误；C．维生素A中含有碳碳双键，碳碳双键能和溴发生加成反应而使溴水褪色，故C正确；D．该分子中含有5个碳碳双键，只有碳碳双键能和氢气发生加成反应，所以1mol维生素A在催化剂作用下最多可与5molH2发生加成反应，故D错误；故选C．点评：本题考查有机物结构和性质，为高频考点，把握官能团及其性质关系是解本题关键，易错点是分子式的确定，注意键线式中拐点和端点含有C原子，易错选项是A．11．（3分）（2015春•沧州期末）下列有关电化学原理的说法错误的是（） A．可充电的电池称“二次电池”，在充电时，是将电能装化为化学能，在放电时，又将化学能转化为电能B．在现实生活中，电化学腐蚀要比化学腐蚀严重的多，危害更大C．对于冶炼像钠、钙、镁、铝等这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法 D．氯化铝的熔点比氧化铝低，因此工业上最好采用电解熔融氯化铝来制备单质铝考点：原电池和电解池的工作原理；金属冶炼的一般原理．分析： A．原电池是将化学能转化为电能的装置，电解池是将电能转化为化学能的装置；B．多数金属中都含有杂质，易形成原电池而发生电化学腐蚀；C．活泼金属采用电解方法冶炼；D．工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝．解答：解：A．原电池是将化学能转化为电能的装置，电解池是将电能转化为化学能的装置，二次电池能多次充放电，所以二次电池在充电时，是将电能装化为化学能，在放电时，又将化学能转化为电能，故A正确；B．金属与化学物质直接反应而发生化学腐蚀，多数金属中都含有杂质，易形成原电池而发生电化学腐蚀，所以在现实生活中，电化学腐蚀要比化学腐蚀严重的多，危害更大，故B正确；C．活泼金属采用电解方法冶炼，这几种金属都是活泼金属，所以电解法几乎是唯一可行的工业方法，故C正确；D．氯化铝是分子晶体，熔融状态下不导电，所以工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，故D错误；故选D．点评：本题考查金属的腐蚀与防护及金属的冶炼，明确原电池原理及金属活泼性与金属冶炼方法的关系即可解答，易错选项是D，注意熔融状态下氯化铝不导电．12．（3分）（2015春•沧州期末）下列说法正确的是（）A．水高温条件下不易分解，是因为水分子内的H﹣O稳定B．互为同分异构体的物质性质一定相似C．分子组成若干个“CH12”原子团的有机化合物互称为同系物D．因为互为同位素的核素的性质完全相同，所以这些核素在元素周期表中占据相同位置考点：同分异构现象和同分异构体；同位素及其应用；芳香烃、烃基和同系物．分析： A．化学物质的稳定性与化学键有关；B．同分异构体具有相同分子式、不同结构，互为同分异构体的物质的性质不一定相似；C．同系物之间必须具有相似结构，否则即便分子组成相差若干个“CH12”原子团，如果结构不相似，则不属于同系物；D．互为同位素的核素的化学性质相同，但是物理性质不相同．解答：解：A．化学物质的稳定性与化学键有关，水是共价化合物，含有O﹣H，氢氧键的键能较大，所以水高温条件下不易分解，故A正确；B．具有相同分子式、不同结构的化合物互为同分异构体，所以同分异构体之间具有的性质不一定相似，如丙烯与环丙烷、乙酸与甲酸甲酯，它们的性质不相似，故B错误；C．结构相似，分子间相差1个或若干个“CH12”原子团的有机化合物互为同系物，互为同系物的有机物分子之间必须具有相似结构，故C错误；D．互为同位素的核素具有相同的核电荷数、核外电子总数，在周期表中占相同位置，则具有相同的化学性质，但是它们的物理性质不相同，故D错误；故选A．点评：本题考查了同系物、同分异构体、同位素、化学键等知识，题目难度不大，明确同位素、同系物、同分异构体的概念及区别为解答关键，注意掌握物质稳定性与化学键的关系．13．（3分）（2015春•沧州期末）下列说法正确的是（）A．某有机物燃烧只生成CO2和H2O，且二者物质的量相等，则此有机物的组成为C n H2nB．相同物质的量的烃，完全燃烧，生成的CO2越多，说明烃中的W（C）越大C．某气态烃C x H y与足量O2恰好完全反应，如果反应前后气体体积不变（温度＞100℃），则y=4；若体积减少，则y＞4；否则y＜4D．相同质量的烃，完全燃烧，消耗O2越多，烃中含W（H）越高考点：测定有机物分子的元素组成．专题：烃及其衍生物的燃烧规律．分析： A、机物燃烧生成物质的量相等的CO2和H2O，则有机物中碳原子和氢原子个数之比是1：2；B、相同物质的量的烃完全燃烧，产生二氧化碳的量的多少和分子式中碳原子数有关；C、设烃的分子式为C x H y，根据烃燃烧的化学方程式，结合反应前后体积的变化进行判断；D、相同质量的烃C x H y，完全燃烧，越大，消耗O2越多．解答：解：A、机物燃烧生成物质的量相等的CO2和H2O，则有机物中碳原子和氢原子个数之比是1：2，不能确定是否含有氧元素，故A错误；B、同物质的量的烃完全燃烧，产生二氧化碳的量的多少和分子式中碳原子数有关，相同质量的烃，完全燃烧，生成的CO2越多，说明烃中的W（C）越大，故B错误；C、有机物燃烧的化学方程式为：C x H y+（x+）O2xCO2+H2O，反应前后气体体积不变（温度＞100℃），则1+x+=x+，所以y=4，若体积减小，则1+x+＞x+，若体积减少，则y＜4；否则y＞4，故C错误；D、相同质量的烃C x H y，完全燃烧，消耗O2越多，则越大，即烃中含W（H）越高，故D正确．故选D．点评：本题涉及有机物的燃烧规律：同物质的量的烃C x H y完全燃烧，产生二氧化碳的量的多少和x有关，相同质量的烃，完全燃烧，越大，消耗O2越多，注意规律的把握是关键，难度不大．14．（3分）（2015春•沧州期末）下图是部分周期元素原子序数与主要化合价的关系图，X、Y、Z、W、R是其中的五种元素，下列说法正确的是（）A．五种元素中有三种属于非金属元素，且三种非金属元素均存在同素异形现象B．五种元素中有两种属于金属元素，且两种金属元素均不能在空气中稳定存在C．五种元素的单质在固态时分别属于三种不同的晶体类型D． Y、Z、W三种元素的最高价氧化物的水化物相互之间均能发生反应考点：原子结构与元素的性质．分析：由图中化合价可知，X的化合价为﹣2价，没有正化合价，故X为O元素，Y的化合价为+1价，处于ⅠA族，原子序数大于O元素，故Y为Na元素，Z为+3价，为Al元素，W的化合价为+6、﹣2价，故W为S元素，R的最高正价为+7价，应为Cl元素，据此解答．解答：解：由图中化合价可知，X的化合价为﹣2价，没有正化合价，故X为O元素，Y的化合价为+1价，处于ⅠA族，原子序数大于O元素，故Y为Na元素，Z为+3价，为Al元素，W 的化合价为+6、﹣2价，故W为S元素，R的最高正价为+7价，应为Cl元素．A．五种元素中，Na、Al为金属元素，O、S、Cl为非金属元素，O、S元素单质均存在同素异形体，氯元素单质没有同素异形体，故A错误；B．五种元素中，Na、Al为金属元素，Na能与氧气、水反应，在空气中不能稳定存在，而Al 在空气中表面会生成致密的氧化物保护膜，阻止内部金属进行反应，可以在空气中稳定存在，故B错误；C．Na、Al属于金属晶体，氧气、硫、氯气固体时属于分子晶体，故C错误；D．Y、Z、W三种元素的最高价氧化物的水化物分别为氢氧化钠、氢氧化铝、硫酸，氢氧化钠与硫酸发生中和反应，氢氧化铝属于两性氢氧化物，能与氢氧化钠、硫酸反应，故D正确，故选D．点评：本题考查结构性质与位置关系，关键是根据化合价结合原子序数进行推断元素，注意熟练掌握元素化合物知识．15．（3分）（2015春•沧州期末）分子晶体的熔点通常都在200℃以下，下列数据是对应物质的熔点：据此做出的下列判断中正确的是物质Na2O NaCl AlF3AlCl3BCl3Al2O3CO2SiO2熔点/℃920 801 1291 190 ﹣107 2073 ﹣57 1723（）A． NaCl晶体熔化时，吸收的热量用于破坏离子键B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体C．碳和硅是同一主族，故CO2和 SiO2的晶体类型相同D．两种含钠化合物是离子晶体，三种含铝化合物也是离子晶体考点：晶体熔沸点的比较．分析： A．NaCl晶体属于离子晶体；B．表中AlCl3、BCl3和干冰是分子晶体；C．C和Si同主族，但氧化物的晶体类型不同；D．AlCl3属于分子晶体．解答：解：A．NaCl晶体属于离子晶体，吸收的热量用于破坏离子键，故A正确；B．表中AlCl3、BCl3和干冰的熔点都在200℃以下，都属于分子晶体，故B错误；C．C和Si同主族，但氧化物的晶体类型不同，分别属于分子晶体和原子晶体，故C错误；D．氧化钠、氯化钠属于离子晶体，但AlCl3属于分子晶体，故D错误，故选A．点评：本题考查晶体类型及晶体的熔点，注重学生数据分析及归纳整理的能力，题目难度不大．16．（3分）（2015春•沧州期末）已知：A是来自石油炼制的重要气态不饱和烃，A在一定条件下与H2O反应生成B；B在一定条件下最终可转化为C；D是具有果香味的有机物，其分子式为C4H8O2，E是一种高聚物，可制成多种塑料包浆材料，则下列说法正确的是（）A．在实验中以B和C为原料制取D，将产物通入饱和NaOH溶液进行分解提纯B． E的主要成分是纯净物C．鸡蛋壳浸泡在C的水溶液中，可溶解并生成无色无味的气体D．当C2H6中混有A时，可通过酸性高锰酸钾溶液将其除掉考点：有机物的推断．分析： B在一定条件下最终可转化为C，B、C反应生成D是具有果香味的有机物，其分子式为C4H8O2，则B为醇、C为羧酸、D为酯，B、C中碳原子数目均为2，则B为CH3CH2OH，C为CH3COOH，D为CH3COOCH2CH3，A为CH2=CH2，A发生加聚反应得到高聚物E为．解答：解：B在一定条件下最终可转化为C，B、C反应生成D是具有果香味的有机物，其分子式为C4H8O2，则B为醇、C为羧酸、D为酯，B、C中碳原子数目均为2，则B为CH3CH2OH，C 为CH3COOH，D为CH3COOCH2CH3，A为CH2=CH2，A发生加聚反应得到高聚物E为．A．氢氧化钠溶液可以使乙酸乙酯发生水解反应得到乙酸钠与乙醇，应用饱和碳酸钠溶液进行提纯，故A错误；B．E为高聚物，聚合度不同，属于混合物，故B错误；C．鸡蛋壳的主要成份为碳酸钙，乙酸能与碳酸钙反应生成二氧化碳，故C正确；D．乙烯能被酸性高锰酸钾溶液氧化生成二氧化碳，会引入杂化，故D错误，故选C．点评：本题考查有机物的推断，比较基础，注意根据D的分子式及具有水果香气味碱性推断，需要学生熟练掌握官能团的性质与转化，难度不大．二、解答题（共6小题，满分52分）17．（5分）（2015春•沧州期末）如图是钢铁在潮湿空气能发生电化学腐蚀原理示意图，发生的反应为：2Fe+2H2O+O2═2Fe（OH）2，Fe（OH）2继续被氧化为Fe（OH）3，Fe（OH）3脱水生成铁锈请回答下列问题：（1）在上述电化学腐蚀中，Fe作负极（2）写出正极的电极反应式O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣（3）下列溶液能够有效防止或减慢钢铁发生腐蚀的是ACA．在钢铁制品表面一层金属锌B．将钢铁制品放置在潮湿处C．在钢铁中加入锰，铬等金属，以改变钢铁结构D．在大型铁壳船表面喷涂油漆并订上铜块．考点：金属的电化学腐蚀与防护．分析：（1）钢铁在潮湿空气里发生电化学腐蚀时，铁做负极，发生氧化反应，氧气做正极发生还原反应；（2）在中性环境中，氧气得电子生成氢氧根离子；（3）防止金属生锈的方法是：作原电池的正极、电解池的阴极、或使铁与氧气和水隔绝，如在金属表面涂一层油漆、在金属表面镀一层不活泼的金属，形成不锈钢等．解答：解：（1）上述电化学腐蚀中，铁失电子发生氧化反应，做负极，故答案为：负；（2）在中性环境中，氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为：O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣，故答案为：O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣；。

ＸｕｅＭａｏｑｔｌａｎｅｔａ１．／ＲａｒｅＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，３８ｆ７》：１１４６－１１４９Ｔｈｅａｌｌｏｙｂｌａｎｋｓｗｅｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈ１０ｍｉｎｘ４ｍｉｎｘ４ｍｉｌｌ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｇｒｏｕｎｄｗｉｔｈｅｍｅｒｙｐａｐｅｒｓｗａｓｈｅｄｉｎｗａｔｅｒ，ａｌｃｏｈｏｌａｎｄｆｉｎａｌｌｙｄｒｉｅｄ．ｎ屺ｏｘｉｄａｔｉｏｎｄｙ．ｎａｍｉｃｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｓｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｉｎａｃｈａｍｂｅｒｆｉｌｌｒｎａｃ君ａｔ９００ｏＣｆｏｒ１００ｈｉｎａｉｒ．Ａｆｔｅｒｂｅｉｎｇｏｘｉｄｉｚｅｄｆｏｒｃｅｒｔａｉｎｔｉｍｅ（１，３，５，１０，２５，５０，７５ａｎｄ１００ｈ）ｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｔａｋｅｎｏｕｔａｎｄｗｅｉｇｈｅｄｂｙＤＴ２１００ａｎａｌｙｔｉｃａｌｂａｌａｎｃｅｗｉｔｈａｌｌａｃｃｕｒａｃｙｏｆ０．１ｍｇ．ＴｈｅｐｈａｓｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｍｗｅｆｆｇａｎａｌｙｚｅｄｂｙＸＲＤ．ａｎｄｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄｂｖＳＥＭ．２．ＩＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｌｌｏｙｓＦｉｇ．１ｓｈｏｗｓｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅａｌ－ｌｏｙｓａｆｔｅｒｈｏｔｐｒｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅａｒｅａｆｅｗｇｒａｙｂｌｏｃｋｓａｎｄｂｌａｃｋｄｏｔｉｍｐｕｒｉｔｙｐｈａｓｅｓｄｉｓｐｅｒｓｅｄｉｎｔｈｅｍａｔｒｉｘｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｗｉｔｈｎｏｇｒａｐｈｉｔｅａｄｄｉｔｉｏｎ．ａｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ．１ａ．１１１ｅｇｒａｙｂｌｏｃｋｓａｎｄｂｌａｃｋｄｏｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｃｏｎｔｅｎｔ．ＸＲＤｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｂｅｓｉｄｅｓｓｏｍｅＮｉ．ｂａｓｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｇｒａｐｈｉｔｅ，ｔｈｅｒｅａｒｅａｆｅｗｔｕｎｇｓｔｅｎｃａｒｂｉｄｅｓ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｆｏｒｍｅｄｂｙｔｕｎｇｓｔｅｎａｎｄｇｒａｐｈｉｔｅｒｅａｃｔｉｏｎ．２口／０Ｆｉｇ．１Ｏｐｔｉｃａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｅｎ协ｏｆｇｒａｐｈｉｔｅ（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）：（ａ）Ｏ％；（ｂ）３％；（ｃ）６％；ａｎｄ（ｄ）ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆＰ／ＭｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆＮｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｃａｈｏｙ２．２ＯｘｉｄａｔｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｃｕｒｖｅＴｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｇｒａｐｈｉｔｅ（Ａ＝０％，Ｂ＝３％，Ｃ＝６％）（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）ａｔ９００ｏＣｆｏｒ１００ｈａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎＦｉｇ．２．Ｉｎｉｎｉｔｉａｌｐｅｒｉｏｄｏｆ１０ｈ，ｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｓｕｐ．Ｔｈｉｓｉｓｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄｏｆｏｘｉｄｅｆｉｌｍ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｓｄｏｗｎ，ａｎｄｅｎｔｅｒｓｔｈｅｏｘｉｄｅｆｉｌｍｇｒｏｗｔｈｐｅｒｉｏｄ，ｗｈｉｃｈｌａｓｔｓｆｏｒ２０ｈ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｓｕｒｆａｃｅｒｅａｃｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｄｉｔｆｕｓｉｏｎｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ａｔｔｈｅｓａｎｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｍａｓｓｇａｉｎｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｗｉｔｈａｄｄｉ－ｔｉｏｎｏｆ３％（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）ｇｒａｐｈｉｔｅｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＮｉ—Ｃ卜Ｗａｌｌｏｙ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｍａｓｓｇａｉｎｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｗｉｔｈａｄｄｉ．ｔｉｏｎｏｆ６％（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）ｇｒａｐｈｉｔｅｉｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓＣＩＬｒＶｅ，ｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｃａｎｂｅｗｒｉｔｔｅｎａｓＡｍ＝ａｆ，ｗｈｅｒｅＡｍｉｓｔｈｅｍａｓｓｇａｉｎａｎｄｔｉｓｔｈｅｏｘｉｄｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｅ．Ｆｒｏｍｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎ．ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｏｆＮｉ．Ｃｒ－Ｗａｌｌｏｙａｔ９００ｏＣｉｓＡｍ＝０．２７产”．Ｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｅｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｘｉｄｅｄｙｎａｍｉｃｃｕｒｖｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｆｏｌｌｏｗｓｃｕｂｅｒｕｌｅ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｏｘｉｄｅｓｆｏｒｍｅｄａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈａｖｅａｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｎｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｉｓｃｈａｎｇｅｄｉｎｔｏｖ＝０．０８广…．ｔｈｒｏｕｇｈａｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．ｗｈｅｒｅ’，ｉｓｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ．ＴｈｅｆｏｒｍｕｌａｏｆｓａｍｐｌｅＢａｎｄＣａｔ９００ｏＣｉｓＡｍ＝Ｏ．３６ｔｏ·３０ａｎｄＡｍ＝０．１６ｔｏ·２６ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．１１１ｅｆｏｒｍｕｌａｉｓｃｈａｎｇｅｄｉｎｔｏｖ＝０．１ｌ，一ａｎｄｖ＝０．０４ｒ０。

Fe-Ni-Al合金在900℃时的氧化行为研究柏跃磊;赫晓东;朱春城【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2008(40)1【摘要】为了提高Fe-Ni合金的抗氧化性能,采用熔铸法制备了50Fe-40Ni-10Al 三元合金,采用增重法研究了其在900 ℃空气中的高温氧化行为.利用XRD、SEM 和EDS对氧化膜进行了表征.结果表明:氧化过程满足抛物线规律;经过开始时的快速氧化后,在氧化膜底部生成了一层连续完整的Al2O3膜,阻止了Al的内氧化及其他金属的氧化,氧化速度显著降低;氧化产物以Fe2O3、Fe3O4为主,含有少量的Al2O3以及尖晶石型氧化物AlFe2O4;Fe2O3和Al2O3形成了固溶体;氧化进行过程中Al2O3的含量逐渐上升.所得合金具有良好的抗氧化性能,基本满足作为惰性阳极材料的要求.【总页数】4页(P65-68)【作者】柏跃磊;赫晓东;朱春城【作者单位】哈尔滨工业大学,复合材料与结构研究所,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,复合材料与结构研究所,哈尔滨,150001;哈尔滨师范大学,化学系,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TG174.31【相关文献】1.四元Cu-20Ni-20Cr-2Si合金在900℃,0 1MPa纯氧中氧化行为研究 [J], 于龙;李阳;曹中秋2.基于不同代次镍基单晶高温合金900°C下氧化行为对比的Re元素作用分析 [J], 汪纯慧;陈艳辉3.粉末冶金Cu-44%Cr-12%Fe合金在900℃时不同氧分压下的氧化行为 [J], 张轲;牛焱;李远士;吴维4.锆合金表面Cr涂层900~1 200 ℃氧化行为研究 [J], 杨红艳;陈寰;韦天国;张瑞谦;王昱5.NbW合金在600~900℃温度下氧化行为研究 [J], 蔡小梅;黄永忠;夏明星;李垣明;郑欣;王峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第４２卷第４期２０２３年８月沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ ４２Ｎｏ ４Ａｕｇ ２０２３收稿日期:２０２２－１２－２７基金项目:国家自然科学基金项目(５１８７１２２１)作者简介:祝祥(１９９７ )ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎮ通信作者:杜晓明(１９７６ )ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士ꎬ研究方向为先进铝合金的制备与加工成型ꎮ文章编号:１００３－１２５１(２０２３)０４－００６９－０６ＤＤ４１９镍基单晶高温合金９８０ħ下低周疲劳行为研究祝㊀祥１ꎬ杜晓明１ꎬ刘纪德２(１.沈阳理工大学材料科学与工程学院ꎬ沈阳１１０１５９ꎻ２.中国科学院金属研究所ꎬ沈阳１１００１６)摘㊀要:对ＤＤ４１９镍基单晶高温合金在９８０ħ下的低周疲劳行为进行试验研究ꎬ并对疲劳数据进行分析ꎬ获得该温度下合金疲劳参数ꎮ结果表明:该合金低周疲劳变形过程中ꎬ弹性变形起主要作用ꎬ塑性变形较低ꎻ循环应力响应行为以先循环软化㊁再趋于稳定为主要方式ꎬ并且随着应力幅的增加ꎬ循环寿命不断降低ꎮ低应变幅下ꎬ合金的疲劳断裂表现为脆性断裂的特征ꎬ并呈现出明显的多源疲劳特征ꎬ微观断口形貌的主要特征是出现准解理台阶ꎬ可判断准解理断裂是主要的断裂机制ꎮ关㊀键㊀词:镍基单晶高温合金ꎻ低周疲劳ꎻ疲劳寿命ꎻ断裂机制中图分类号:ＴＵ９７３.２＋５４文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００３－１２５１.２０２３.０４.０１１ＳｔｕｄｙｏｎＬｏｗＣｙｃｌｅＦａｔｉｇｕｅＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＤＤ４１９ＮｉｃｋｅｌＢａｓｅＳｉｎｇｌｅＣｒｙｓｔａｌＳｕｐｅｒａｌｌｏｙａｔ９８０ħＺＨＵＸｉａｎｇ１ꎬＤＵＸｉａｏｍｉｎｇ１ꎬＬＩＵＪｉｄｅ２(１.ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１５９ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１００１６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｌｏｗ￣ｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＤＤ４１９Ｎｉｃｋｅｌ￣ｂａｓｅｄｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｌｏｙａｔ９８０ħｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄａｔａｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｐａ￣ｒａｍｅｔｅｒｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｌａｙｓａｍａｊｏｒｒｏｌｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬｗｈｉｌｅｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗ.Ｔｈｅｃｙｃｌｉｃｓｔｒｅｓｓｒｅ￣ｓｐｏｎｓｅｂｅｈａｖｉｏｒｉｓｃｙｃｌｉｃｓｏｆｔｅｎｉｎｇｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇꎬａｎｄｔｈｅｃｙｃｌｉｃｌｉｆｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｔｒｅｓｓａｍｐｌｉｔｕｄｅ.Ａｔｌｏｗｓｔｒａｉｎａｍｐｌｉｔｕｄｅꎬｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｆｒａｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅａｌ￣ｌｏｙｓｈｏｗｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅꎬａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓｏｂｖｉｏｕｓｍｕｌｔｉ￣ｓｏｕｒｃｅｆａｔｉｇｕｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ.Ｔｈｅｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｑｕａｓｉ￣ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｆｒａｃｔｕｒｅꎬｂｙｗｈｉｃｈｉｔｃａｎｂｅｊｕｄｇｅｄｔｈａｔｔｈｅｑｕａｓｉ￣ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｆｒａｃｔｕｒｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｎｉｃｋｅｌ￣ｂａｓｅｄｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｌｏｙꎻｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅꎻｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅꎻｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ㊀㊀ＤＤ４１９镍基单晶高温合金相较于其他高温合金ꎬ具有高温强度高㊁综合力学性能好㊁铸造工艺性能良好等优势ꎬ广泛应用在航空发动机的涡轮叶片中[１]ꎮ与国外的ＣＭＳＸ￣４高温合金相比ꎬＤＤ４１９合金在拉伸性能㊁蠕变性能㊁抗氧化性能㊁耐热和耐腐蚀等方面的表现基本相近[２－３]ꎬ且其含铼元素少㊁制备成本低㊁使用范围更广ꎮ疲劳是高温合金最主要的失效形式ꎬ低周疲劳损伤又是涡轮叶片材料的主要失效形式之一ꎮ为确保构件服役过程中的安全与稳定ꎬ很多学者研究了高温合金材料的疲劳性能ꎮＦａｎ等[４]研究了镍基单晶高温合金ＤＤ１０分别在温度为７６０ħ和９８０ħ下不同应变幅的低周疲劳行为ꎬ结果表明:在高应变范围内ꎬ由于塑性变形ꎬ合金在７６０ħ时更容易萌生裂纹ꎻ在低应变范围内ꎬ９８０ħ时断口会出现明显的氧化损伤ꎬ加速了裂纹萌生ꎮＣｈａｒｌｅｓ等[５]研究了ＣＭＳＸ￣４合金低周疲劳过程中位错结构的变化ꎬ得出位错形态在低应力下类似于蠕变㊁高应力下与拉伸断裂类似的结论ꎮＤＤ４１９合金常作为燃气轮机涡轮叶片材料ꎬ其工作温度通常能达到９８０ħꎮ因此ꎬ本文研究ＤＤ４１９合金在９８０ħ下的低周疲劳断裂行为ꎬ并从理论上分析应变－寿命关系㊁循环应力响应行为及疲劳裂纹的产生与扩展行为之间的关系ꎬ以期获得关于该合金低周疲劳行为较为完整的认识ꎮ１㊀试验部分１.１㊀试样的制备试验选用含Ｒｅ第二代镍基单晶高温合金ꎬ其成分含量见表１ꎮ首先ꎬ用真空感应炉(ＶＩＤＰ￣２５型ꎬ沈阳真空技术研究所有限公司)冶炼试验合金的母合金ꎬ并在真空条件下浇铸形成母合金铸锭ꎬ采用螺旋选晶法ꎬ在工业用大型双区域加热真空高梯度单晶炉(ＺＧＤ￣２型ꎬ锦州航星真空设备有限公司)中制备具有<００１>取向的单晶棒材ꎻ然后ꎬ用热电偶温度计测量箱式热电阻炉(ＣＷＦ型ꎬ德国ＣＡＲＢＯＬＩＴＥＧＥＲＯ公司)的温度ꎬ测温结果满足ʃ５ħ的误差范围内再对单晶棒材进行热处理操作ꎻ之后ꎬ进行固溶处理(温度１２８０~１３００ħꎬ时间为９ｈꎬ空冷)ꎻ最后ꎬ进行两级时效处理(温度１１１０~１１５０ħꎬ时间４ｈꎬ空冷ꎻ温度８７０ħꎬ时间１４ｈꎬ空冷)ꎮ经完全热处理之后ꎬ将单晶棒材试样加工成如图１所示的尺寸ꎮ图１㊀单晶棒材试样尺寸表１㊀ＤＤ４１９合金成分含量(质量分数)％ＣｒＣｏＷＭｏＲｅＡｌＴｉＴａＨｆＮｉ６.８０９.３０６.５０１.００３.００５.８０１.１０６.５００.０９余量１.２㊀试验方法低周疲劳试验在电液伺服疲劳试验机(１００ｋＮ￣８型ꎬＭＴＳ系统公司)上进行ꎬ试验温度为９８０ħꎬ试验数据采集(按照对数采集)与处理全部在计算机上进行ꎮ具体试验条件见表２ꎮ表２㊀高温低周疲劳试验条件试验温度/ħ试验波形应变比应变速率/ｓ－１加载频率/Ｈｚ介质控制方式９８０三角波０.０５０.００６０.１５~０.３空气恒定应变㊀㊀ＤＤ４１９合金试样在低周疲劳试验后ꎬ采用线切割切下约２~３ｍｍ的断口试样ꎬ切割时尽量避０７沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀第４２卷免破坏或污染切割部位ꎮ切割结束后将断口试样置于盛有丙酮溶液的烧杯中ꎬ并用超声波仪器清洗ꎬ冲洗完毕后烘干ꎬ得到清洁干净的断口试样ꎮ随后ꎬ采用扫描电子显微镜(Ｓ￣３４００Ｎ型ꎬ日立公司)观察断口的宏观和微观形貌ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀应变－寿命行为测得ＤＤ４１９高温合金在９８０ħ下的弹性应变幅(Δεｅ/２)㊁塑性应变幅(Δεｐ/２)和总应变幅(Δεｔ/２)与疲劳寿命(２Ｎｆ)之间的关系ꎬ在双对数坐标系下绘制关系曲线ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀应变－疲劳寿命关系曲线㊀㊀塑性应变幅值和弹性应变幅值的交点称为过渡寿命ꎬ图２中两条曲线无交点ꎬ故ＤＤ４１９合金低周疲劳过程中不存在过渡寿命ꎮ由图２可见ꎬ弹性应变幅远远大于塑性应变幅ꎬ这一特点与多数高强度镍基高温合金相似ꎮ因此ꎬ在低周疲劳区间ꎬ弹性应变在变形中占主导地位ꎬ材料疲劳寿命的长短主要取决于强度ꎮ文献[６]指出ꎬ多数钴基合金由于塑性较好ꎬ在断裂过程中塑性往往起主要作用ꎮ对于恒定应变幅控制下的应变－寿命曲线ꎬ可用Ｍａｎｓｏｎ￣Ｃｏｆｆｉｎ[７]寿命模型来表达ꎬ公式为Δεｔ２＝Δεｅ２＋Δεｐ２＝σｆᶄＥ(２Ｎｆ)ｂ＋εｆᶄ(２Ｎｆ)ｃ(１)式中:σｆᶄ为疲劳强度系数ꎻｂ为疲劳强度指数ꎻεｆᶄ为疲劳延性系数ꎻｃ为疲劳延性指数ꎻＥ为弹性模量ꎮ将应变比为０.０５的ＤＤ４１９低周疲劳数据进行拟合ꎬ得到与疲劳相关的系数ꎬ代入式(１)可得Δεｔ２＝０.０５８９(２Ｎｆ)－０.６１７３＋０.０２３３(２Ｎｆ)－０.１７８４(２)根据式(２)并利用线性回归分析方法即可确定ＤＤ４１９镍基单晶高温合金在９８０ħ下的低周疲劳参数σｆᶄ㊁εｆᶄ㊁ｂ㊁ｃꎬ如表３所示ꎮ表３㊀ＤＤ４１９合金疲劳参数试验温度/ħσｆᶄ/ＭＰａεｆᶄｂｃＫᶄ/ＭＰａｎᶄＥ/ＧＰａ９８０２０４９０.０５８９－０.１７８４－０.６１７３３９０７０.２６９１８８２.２㊀循环应力－应变关系材料的循环应力－应变曲线能较好地体现低周疲劳条件下材料的实际应力和应变特征ꎮＤＤ４１９高温合金循环应力－应变关系曲线如图３所示ꎮ图３中曲线由半寿命附近的滞回曲线获得ꎬ详见文献[８]ꎬ可采用下式描述Δσ２＝Ｋᶄ(Δεｐ２)ｎᶄ(３)式中:Δσ/２为应力幅ꎻＫᶄ为循环强度系数ꎻｎᶄ为循环应变硬化指数ꎮ通过对图３中的试验数据进行非线性拟合ꎬ即可确定Ｋᶄ与ｎᶄ值(见表３)ꎮ图３㊀循环应力－应变关系曲线２.３㊀循环应力响应行为循环应力响应行为主要包括循环硬化㊁循环１７第４期㊀㊀㊀祝㊀祥等:ＤＤ４１９镍基单晶高温合金９８０ħ下低周疲劳行为研究稳定和循环软化三个阶段ꎮ在恒定应变控制的低周疲劳循环中ꎬ随着加载周次增加ꎬ应力逐渐上升是循环硬化ꎬ反之为循环软化ꎮ循环硬化和软化现象与材料的位错运动有关[９]ꎬ循环硬化可导致材料性能下降甚至失效ꎬ循环软化常伴随着循环应力水平的快速下降ꎬ通常出现在已经充满了位错缠结和阻碍的冷加工合金中ꎮ循环应力响应曲线反映了双对数坐标下应力幅与循环周次的关系ꎬＤＤ４１９高温合金在９８０ħ下循环应力响应曲线如图４所示ꎮ图４㊀ＤＤ４１９在９８０ħ下循环应力响应曲线㊀㊀从图４中可看出ꎬＤＤ４１９合金的循环应力响应行为与应变幅的大小密切相关ꎬ随着总应变幅值的不断增加ꎬ合金所受应力幅值亦逐渐增大ꎬ且疲劳寿命随循环周次减小而缩短ꎮ当应变幅为０.３％时ꎬ合金在循环过程中的应力响应行为呈现先循环软化㊁再过渡到循环稳定阶段ꎬ随后出现短暂硬化阶段ꎬ最后过渡到循环稳定阶段ꎬ直至突然断裂ꎻ当应变幅为０.４％时ꎬ合金循环应力响应行为的整体趋势与总应变幅为０.３％时相近ꎬ不同之处在于总应变幅为０.４％时ꎬ合金循环稳定阶段的疲劳周次要少ꎬ且循环软化行为更加明显ꎻ当总应变幅为０.５％时ꎬ合金首先显示出循环硬化ꎬ继而转入循环稳定过程ꎬ最后萌生出裂纹ꎬ并发生突然断裂ꎻ在总应变幅达到０.６％㊁０.７％时ꎬ由于循环周次不断上升ꎬ合金的循环应力响应行为也趋于稳定ꎬ但在疲劳过程的中期ꎬ合金的循环应力响应曲线由循环硬化过渡到循环软化ꎬ而疲劳过程后期ꎬ循环应力响应曲线又呈现了迅速下降的态势ꎬ随之在很短的疲劳周次中出现了突然断裂ꎮ２.４㊀断口形貌分析镍基高温合金疲劳断口的一个典型特征是有多个疲劳源区[１０]ꎮ图５为总应变幅分别为０.３％㊁０.５％㊁０.６％下断口的宏观形貌ꎮ图５㊀不同应变幅下疲劳断口的宏观形貌㊀㊀宏观上看ꎬ高温合金的疲劳断口形貌一般都比较粗糙ꎬ断口颜色呈青蓝色ꎮ疲劳裂纹主要萌生于试样边缘及附近ꎬ且有多个疲劳源ꎮ从图５中可见ꎬ随着总应变幅的增加ꎬ断口边缘及表面出现的疲劳裂纹也逐渐变多ꎬ导致疲劳断裂拓展速率加快ꎬ疲劳寿命降低ꎮ另外ꎬ疲劳断口区域主要由疲劳源㊁疲劳扩展区和瞬断区三部分组成[１１－１２]ꎬ图中Ａ㊁Ｂ㊁Ｃ分别代表疲劳源区㊁疲劳扩展区和瞬断区ꎬ三个区域具有明显的特征ꎮ随着总应变幅的增大ꎬ断口中三个部分的面积也发生２７沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀第４２卷了变化ꎬ其中瞬断区面积变化最大ꎬ在整个断口区域所占比重越来越大ꎻ随着低周疲劳测试过程中总应变幅的增加ꎬ合金在低周疲劳过程中承受的外加载荷逐渐增大ꎬ从而导致ＤＤ４１９合金低周疲劳断口中瞬断区的面积逐渐增大ꎮ图６为不同应变幅下疲劳断口的微观形貌ꎮ对于同一合金ꎬ在低周疲劳试验过程中ꎬ随着应变幅值的增大ꎬ疲劳源区域的光滑度降低ꎬ平坦的小平面也减少ꎬ使得疲劳源区域表面逐渐变得粗糙ꎻ这是由于伴随应变幅值的增加ꎬ微观中滑移带或位错结构与合金中的强化粒子γᶄ相的交互作用加剧ꎬ导致强化粒子γᶄ相失去其有序结构ꎬ降图６㊀不同应变幅下疲劳断口的微观形貌低了γᶄ相对合金基体γ相的强化作用ꎬ从而导致合金的抗疲劳变形能力下降ꎬ合金的循环疲劳周次逐渐减少[１３]ꎮ因此ꎬ疲劳过程中疲劳源区的断面所经受的持续摩擦和挤压的次数也在减少ꎬ表面的光滑程度也逐渐降低ꎮ在低应变幅下ꎬ疲劳扩展区断口处存在明显的裂纹ꎬ并沿晶面拓展ꎬ如图６(ａ)所示ꎻ断口表面存在许多短小的裂纹ꎬ局部区域存在撕裂棱和准解理台阶的特征ꎬ扩展区还出现不明显的疲劳辉纹ꎬ可能是氧化腐蚀较严重导致ꎬ如图６(ｂ)所示ꎻ部分区域还存在很多深浅不一的韧窝和孔洞ꎬ如图６(ｃ)所示ꎮ瞬断区断口处有明显的金属滑移痕迹ꎬ并出现了准解理台阶ꎬ因此可判断合金的断裂机制为准解理断裂ꎮ文献[１４－１５]指出ꎬ随温度的上升ꎬ更容易发生位错的交滑移和攀移ꎬ在不动位错累积到一定水平时ꎬ就会出现准解理断裂ꎮ３㊀结论本文研究了ＤＤ４１９镍基单晶高温合金在９８０ħ下的低周疲劳行为ꎬ得到如下结论ꎮ１)根据Ｍａｎｓｏｎ￣Ｃｏｆｆｉｎ寿命模型ꎬＤＤ４１９疲劳断裂过程中弹性变形起主要作用ꎮ２)９８０ħ下ꎬ由于位错的往复运动和交互作用ꎬＤＤ４１９镍基单晶高温合金的循环应力响应行为在０.３％㊁０.４％应变幅下表现为先循环软化ꎬ后由循环硬化过渡到循环稳定阶段ꎬ最后突然断裂ꎻ在０.５％应变幅下首先出现循环硬化ꎬ继而转入到循环稳定阶段ꎬ最后断裂ꎻ０.６％㊁０.７％应变幅下表现为先稳定阶段ꎬ后循环硬化又过渡到循环软化ꎬ最后逐渐稳定ꎬ直至突然断裂ꎮ３)ＤＤ４１９镍基单晶高温合金在９８０ħ低周疲劳断裂特征表现为明显的多裂纹源性ꎬ随着应变幅的降低ꎬ裂纹数目也逐渐减少ꎬ疲劳寿命随之增加ꎮ在０.３％㊁０.５％㊁０.６％应变幅下ꎬ裂纹萌生于试样表面位置ꎬ出现准解理台阶ꎬ因此判断合金的断裂机制为准解理断裂ꎮ参考文献:[１]史振学ꎬ胡颖涛ꎬ刘世忠.不同温度下镍基单晶高温合金的低周疲劳性能[Ｊ].机械工程材料ꎬ２０２１ꎬ４５３７第４期㊀㊀㊀祝㊀祥等:ＤＤ４１９镍基单晶高温合金９８０ħ下低周疲劳行为研究(３):１６－２０ꎬ２８.[２]赵运兴ꎬ员莹莹ꎬ马德新ꎬ等.高温合金ＣＭＳＸ￣４和ＤＤ４１９单晶铸件中共晶含量的试验研究[Ｊ].航空制造技术ꎬ２０２２ꎬ６５(１７):７４－８０.[３]李寒松ꎬ孙士江ꎬ刁爱民ꎬ等.热等静压对ＤＤ４１９单晶高温合金组织与持久性能的影响[Ｊ].铸造ꎬ２０２１ꎬ７０(５):５５４－５５９.[４]ＦＡＮＺＤꎬＷＡＮＧＤꎬＬＯＵＬＨ.Ｃｏｒｐｏｒａｔｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎｒａｎｇｅｏｎｔｈｅｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆａｓｉｎｇｌｅ￣ｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｌｏｙＤＤ１０[Ｊ].ＡｃｔａＭｅｔ￣ａｌｌｕｒｇｉｃａＳｉｎｉｃａ(ＥｎｇｌｉｓｈＬｅｔｔｅｒｓ)ꎬ２０１５ꎬ２８(２):１５２－１５８.[５]ＣＨＡＲＬＥＳＣＭꎬＤＲＥＷＧＡꎬＢＡＧＮＡＬＬＳꎬｅｔａｌ.Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｄｕｒｉｎｇｆａｔｉｇｕｅｏｆｔｈｅｎｉｃｋｅｌ￣ｂａｓｅｄｓｕｐｅｒａｌｌｏｙＣＭＳＸ￣４[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅＦｏｒｕｍꎬ２００７ꎬ６２:５４６－５４９.[６]储昭贶ꎬ于金江ꎬ孙晓峰ꎬ等.ＤＺ９５１合金的持久性能与断裂行为[Ｊ].稀有金属材料与工程ꎬ２００９ꎬ３８(５):８３４－８３７.[７]张罡ꎬ龙占云ꎬ赵凯ꎬ等.ＷＦＧ３６Ｚ钢焊接接头低周疲劳性能与寿命的试验研究[Ｊ].沈阳工业学院学报ꎬ１９９４(２):７－１２.[８]刘雪莹ꎬ陈立佳ꎬ周舸ꎬ等.应变波形对Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５合金低周疲劳性能的影响[Ｊ].稀有金属材料与工程ꎬ２０２１ꎬ５０(４):１２６３－１２６９.[９]水丽.应变幅对一种新型镍基单晶高温合金高温低周疲劳性能的影响[Ｊ].机械工程材料ꎬ２０２２ꎬ４６(６):３１－３５ꎬ４３.[１０]刘柳.一种镍基单晶高温合金低周疲劳行为的研究[Ｄ].沈阳:东北大学ꎬ２０１６.[１１]ＳＨＵＩＬꎬＬＩＵＰ.Ｌｏｗ￣ｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｎｉｃｋｅｌｂａｓｅｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｌｏｙａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ[Ｊ].ＲａｒｅＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１５ꎬ４４(２):２８８－２９２.[１２]闫鹏ꎬ冯寅楠ꎬ乔双ꎬ等.镍基变形高温合金低周疲劳研究进展[Ｊ].稀有金属ꎬ２０２１ꎬ４５(６):７４０－７４８. 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文章编号:１００１-９７３１(２０１５)０４-０４０２５-０６一种镍基合金在９００和１０００ħ的高温氧化行为∗卢旭东,陈㊀涛(沈阳理工大学装备工程学院,沈阳１１０１５９)摘㊀要:㊀采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDAX)等方法,研究了Cr５．０Co８．０Mo０．９W５．５Ta７．４Al６．０Re４．２合金在９００和１０００ħ的氧化行为.结果表明,氧化动力学曲线遵循氧化初期氧化增重速率较快,氧化期间氧化动力学曲线呈波浪式变化,且呈现氧化温度越高波浪式越明显的特征.在９００ħ氧化３００h后合金表面氧化物膜分为３层,外层为NiO㊁Ni２Cr２O４㊁Ni２CoO４和CrTaO４;中间层为平直的Al２O３层,内氧化层为Al２O３,氧化期间,分布在外层的CrTaO４抑制基体中Al向外扩散,并抑制氧化膜的生长,使氧化速度降低.１０００ħ时合金表面的氧化物膜分为２层,外层为NiO㊁Ni２Cr２O４㊁Ni２CoO４和CrTaO４;内氧化层为Al２O３.在９００和１０００ħ氧化期间,合金均发生元素Al的内氧化和内氮化,与外氧化膜相邻的区域为元素Al的内氧化区,远离外氧化膜的基体内部形成元素Al的内氮化区,随氧化温度升高,内氧化区和内氮化区的深度增加,内氧化物和内氮化物的尺寸增大.关键词:㊀镍基合金;恒温氧化;动力学曲线;内氧化;内氮化中图分类号:㊀TG１３２．３＋２文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１５．０４．００５１㊀引㊀言镍基合金具有优良的力学性能被广泛应用于航空㊁航天领域,可用于制备燃气发动的热端部件,镍基合金在使用过程中,工作条件苛刻,工作温度往往高于９００ħ,因此镍基合金在使用过程中,为提高合金的耐高温氧化性能可在合金表面涂覆高温防护涂层,但基体镍基合金的抗氧化性能的优劣,会直接影响涂层的使用寿命[１-２].研究表明,镍基合金的高温氧化性能与合金组成及成分密切相关,因此有必要研究不同组成及成分镍基合金的高温氧化性能.合金中适当的添加Cr㊁Al元素会在合金表面形成Cr２O３或Al２O３氧化物膜,提高合金的抗氧化能力;添加Mo和Ta元素会提高合金抗热腐蚀性能[３-５].刘成宝[６]发现DD１０合金高温氧化后,合金表面氧化膜分为３层,且在合金内部生成了TiN;刘春廷[７]认为合金中铼阻碍了合金中Al 元素的扩散,抑制了氧化物膜的生长降低了合金的氧化速率;Kh．Al-hatab[８]在研究IN７１８合金高温氧化性能时发现,合金氧化过程中生成的Ni３Nb降低了合金氧化速率使合金氧化动力学曲线趋于平缓.本文设计了一种镍基合金,并研究合金的高温氧化性能,为合金的应用开发提供了实验基础和理论依据.２㊀实验材料实验方法将设计的镍基合金经真空熔炼,制成棒状合金,化学成分(质量分数)为Cr５．０,Co８．０,Mo０．９,W５．５, Ta７．４,Al６．０,Re４．２(其余为Ni).采用线切割技术将棒状合金切割成Ø１０mmˑ２mm的片状试样,将试样用８００~１０００＃水磨砂纸机械研磨后,经丙酮㊁蒸馏水超声波清洗,干燥备用.采用不连续称重的方式对合金进行高温氧化实验,实验在自制的管式炉中进行,实验温度分别为９００和１０００ħ(控温精度为ʃ１ħ),累计氧化时间为３００h,试样每隔一段时间取出空冷至室温,在感量为０．１m g的FA２１０４A电子天平中称重,不计氧化物膜剥落物的重量,每个数值选取３个试样称重的平均值,测定合金在氧化期间的质量变化,并绘制氧化动力学曲线.采用D/max-RB型X射线衍射仪(XRD)及S-３４００N型扫描电镜(SEM/EDAX)对氧化不同时间的合金试样进行相分析及形貌观察,为防止氧化后试样表面的氧化物膜受损,将其表面进行镀镍处理,以保证氧化膜形貌的完整.２㊀实验结果２．１㊀氧化动力学曲线合金在９００和１０００ħ的氧化动力学曲线如图１所示.由图１可以看出,合金９００和１０００ħ氧化３００h后,氧化动力学曲线变化规律基本相同,符合氧化初期,合金氧化增重速率较快,随氧化时间延长,合金氧化增重速率明显降低的特征,且氧化期间氧化动力学曲线呈现波浪式变化.５２０４０卢旭东等:一种镍基合金在９００和１０００ħ的高温氧化行为∗基金项目:辽宁省教育厅资助项目(L２０１２０６３);辽宁省博士科研启动基金资助项目(２０１４１０８８)收到初稿日期:２０１４-０６-１９收到修改稿日期:２０１４-１１-１０通讯作者:卢旭东,E-mail:lxd_８１８１＠１６３．com 作者简介:卢旭东㊀(１９７４－),男,辽宁普兰店市人,教授,博士,主要从事材料物理化学方面研究.图１㊀合金在９００和１０００ħ氧化３００h的氧化动力学曲线Fi g１Oxidation kinetics curves of su p erallo y oxidized for３００h at９００and１０００ħ合金在９００ħ氧化初期０~２２h内,合金氧化增重最快,氧化速率为０．０２０６m g/(cm２㊃h),随后合金发生失重,至７２h合金增重仅为０．２８８９９m g/cm２,随后合金进一步发生增重,至２１４h合金增重至０．４９９０４１m g/cm２,７２~２１４h期间合金的氧化速率仅为０．００１４７９m g/(cm２㊃h),随氧化进行合金再次发生失重,至２３８h合金氧化增重降至０．４８４４１m g/cm２,此后合金再次发生氧化增重现象,至３００h时合金氧化增重至０．５５７３４m g/cm２,２３８~３００h合金的氧化速率仅为０．００１１１７６m g/(cm２㊃h).合金在１０００ħ氧化初期０~１４h内,合金增重很快,增重值为０．６０５５m g/cm２,合金的氧化速率为０．０４３２５m g/(cm２㊃h),随氧化时间延长,合金氧化动力学曲线呈波浪式变化直至氧化结束,且与９００ħ相比,１０００ħ合金的氧化动力学曲线的增重和失重更加频繁.氧化１４h后合金动力学曲线发生明显失重,至４６h合金氧化增重为０．４６７８９m g/cm２;在４６~９４h 期间,合金发生增重,合金氧化速率为０．０２５８m g/ (cm２㊃h);随氧化进行,合金再次发生失重,至１６６h 合金的氧化增重为０．４６２２m g/cm２;随后在１６６~２３８h期间,合金再次发生增重,合金氧化速率为０．００２８４m g/(cm２㊃h);此后合金又一次发生失重,至２８６h氧化增重为０．５８４１３m g/cm２,随氧化进行在氧化的最后１４h合金再次发生增重,氧化速率为０．０１m g/(cm２㊃h).２．２㊀氧化产物相(XRD)分析合金经９００和１０００ħ分别氧化１００和３００h后,表面氧化物膜的XRD图谱,如图２所示.由图２可见,合金在９００ħ氧化１００h后,合金表面氧化物衍射峰较弱,这与早期氧化物膜较薄有关,此时合金表面氧化物主要由NiO㊁少量的尖晶石Ni２Cr２O４和复合氧化物Ni２CoO４组成;氧化３００h后,NiO相的衍射峰消失,尖晶石化合物Ni２Cr２O４和复合氧化物Ni２CoO４衍射峰增强,另外也生成了Al２O３和CrTaO４.合金在１０００ħ氧化１００h表面生成了Al２O３相,氧化３００h 后合金表面氧化生成物变得复杂,主要包含Al２O３和NiO,大量的尖晶石相Ni２Cr２O４,及复合氧化物CrTaO４和Ni２CoO４.与９００ħ相比,氧化相同时间１０００ħ合金表面氧化物的衍射峰明显增强,尤其是尖晶石化合物以及复合氧化物的衍射峰尤为明显.图２㊀合金在９００ħ和１０００ħ氧化不同时间的XRD 图谱Fi g２XRD anal y sis ofNi-base su p erallo y oxidized at １０００and９００ħfor different time此外,经９００和１０００ħ氧化后,合金表面氧化物膜中没有观察到Mo㊁W和Re的氧化物,其原因是合金中Mo的含量较低,不发生氧化,或形成的MoO３氧化物发生挥发所致,而元素Re和W的氧化物易挥发,故在氧化物膜中没有观察到.２．３㊀氧化物膜形貌与成分分析图３是镍基合金在９００和１０００ħ氧化３００h后合金表面的氧化物膜形貌.由图３(a)可以看出,合金经９００ħ氧化３００h后,合金表面被暗色和黑色两种氧化物覆盖,暗色氧化物标示为A,黑色氧化物标示为B.可见,暗色氧化物由棱角分明的大颗粒氧化物和相对圆滑的小颗粒氧化物构成,大颗粒氧化物尺寸约为３~５μm左右,小颗粒氧化物尺寸约为２~３μm左右,如图３(a)中箭头所示.经EDAX分析,暗色氧化物富含Ni㊁Cr㊁Al㊁Ta和W元素,其中A区域氧化物颗粒中O元素含量为１１．３６％,Al元素含量为１．０１％,Cr 元素含量为１４．６３％,Ni元素含量为４５．５％,Ta元素含量为７．０９％,W元素含量为８．２６％,可见暗色氧化物主要为Ni元素和Cr元素的混合氧化物.黑色氧化物表面相对平整,无明显棱角,与合金表面结合紧密,其形貌仅呈现出少量凸起,经EDAX分析,黑色氧化物富含O㊁Al和Ni元素,图３(a)中B区域黑色氧化物颗粒中O元素的含量为２２．６７％,Al元素的含量为３３．６４％,Cr元素的含量为４．４６％,Ni元素的含量为６２０４０２０１５年第４期(４６)卷２１．４３％,可见黑色氧化物中元素Al的含量较高,说明暗色氧化物主要以Al元素的氧化物为主.图３㊀合金在不同温度氧化３００h后的表面形貌Fi g３Surface mor p holo gy of Ni-base su p erallo y oxi-dized for３００h at different tem p eratures图３(b)是镍基合金经１０００ħ氧化３００h后合金表面的氧化物膜形貌,可以看出,合金氧化３００h后,表面被暗色晶体状氧化物覆盖.暗色氧化物由棱角分明的大颗粒氧化物和小颗粒氧化物构成,大颗粒氧化物平均尺寸约为５~６μm左右且棱角分明,小颗粒氧化物尺寸约为２~３μm左右,如图３(b)中箭头所示,图３(b)中上方箭头所指为大颗粒氧化物,下方箭头所指为小颗粒氧化物,与９００ħ相比氧化３００h后,氧化物颗粒尺寸明显增加,且暗色氧化物能完全覆盖合金表面.经EDAX分析,暗色晶体状氧化物富含Ni㊁O 和Ta元素,其中C区域氧化物颗粒中O元素含量为１０．３６％,Ni元素含量却高达６３．６９％,Ta元素含量为８．９４％,可见暗色晶体状氧化物主要为Ni元素和O元素的氧化物.２．４㊀氧化物膜横截面形貌及成分分布合金经９００ħ和１０００ħ氧化３００h后,合金表面氧化物膜的横截面形貌,如图４所示,合金经９００ħ氧化３００h后,氧化物膜横断面的成分分布如图５所示.由图４(a)可以看出,合金在９００ħ氧化３００h后合金表面生成了氧化物膜,合金内部生成了不规则形貌的氧化产物.合金的氧化产物由外及内,可分为３层,且各层的形貌各异.靠近镀镍合金层的为外氧化物层,标注为层１,厚度约为５μm左右,外层氧化物又可分为上下两层,上层颜色发白,且氧化物结构酥松,有少量颗粒状氧化物分布其间,且与合金表面氧化物颗粒形貌一致,如图４(a)中箭头所示.经EDAX分析可知,上层氧化物富含元素O和Ni及少量的Cr元素,如图５(b)-(c)和(g)所示,结合XRD分析,上层氧化物主要是NiO和NiCr２O４;下层颜色发暗,结构致密,连续分布在合金的此表层上,与合金基体结合紧密,富含元素O和Al,如图５(b)和(d)所示,为Al的氧化物Al２O３.外氧化物层的下方为颜色发白的区域,厚度约为３μm左右,此处富含元素Cr和元素Ta,为CrTaO４富集区.CrTaO４层下方为水平分布的中间氧化物层,该层厚度约为３μm左右,标注为层２,富含富含元素O和Al,如图５(b)和(d)所示,为Al的氧化物Al２O３,可见CrTaO４层阻碍了合金中Al元素的扩散.中间层下为内氧化层,标注为层３,内层中氧化物呈垂直向合金基体内部生长,厚度约为８μm左右,富含富含元素O和Al,如图５(b)和(d)所示,为Al的氧化物Al２O３,可见氧化３００h后合金的内氧化物仅为Al２O３单一氧化物.图４㊀合金在不同温度恒温氧化３００h后的横截面形貌Fi g４SEM mor p holo g ies on the cross-section of the allo y isothermal oxidized for３００h at differenttem p eratures合金内氧化物层的下方合金基体内,生成了部分条状㊁块状的形貌相对规则的物质,经分析,条状㊁块状形貌物质富含元素Al和元素N,如图５(d)和(i)所示,经分析,为AlN.由图４(b)可以看出,１０００ħ氧化３００h后合金表面生成了氧化物膜,合金内部生成了形态各异的内氧化物.合金的氧化产物可分为２层,即外氧化物层和内氧化物层.外氧化物层标注为层１,如图４(b)中标示所示.外氧化物层可明显分为上㊁下两层,上层结构致密,连续覆盖在合金表面,这与１０００ħ氧化３００h７２０４０卢旭东等:一种镍基合金在９００和１０００ħ的高温氧化行为后合金表面被氧化物完全覆盖的观察相一致,厚度约为３μm 左右.下层颜色发黑,与上层间界面明显,两层间有少量的孔洞,如图４(b )中箭头所示,下层厚度约为１~２μm 左右,连续分布在合金的次表层,富含O 和Al 元素,为Al ２O ３.外氧化层下方,合金内部为内氧化层,厚度约为５~８μm 左右,标注为层２,内氧化物层富含富含O 和Al 元素,为Al 的内氧化物Al ２O ３.内外层间无９００ħ所形成的平直中间层,说明温度升高促进了合金中Al 元素的迁移速率.内氧化物层下方的长条状和针状物,为Al 的氮化物,即AlN .图５㊀经９００ħ恒温氧化３００h 后,合金横断面的形貌及成分分布Fi g ５Mor p holo gy and com p osition distribution after the allo y isothermal oxidized for ３００h at ９００ħ３㊀讨㊀论３．１㊀合金外氧化物膜形成的理论分析一般在高温条件下合金中的元素会依据热力学和动力学因素发生氧化反应[７-８],在合金表面形成氧化物膜;氧化物膜的形成会阻碍合金进一步氧化,起到保护作用.以往的研究表明,Ni -Cr -Al 合金发生高温氧化时有３种氧化物形成机制[９]:(１)Ni -Cr -Al 合金中的元素Cr 和Al 含量很低,致使合金外层仅为NiO 的氧化膜,内层为Al ２O ３和Cr ２O ３而且有大量Al 的内氧化物;(２)Ni -Cr -Al 合金中的元素Cr 的含量较高而Al的含量较低时,合金外部生成连续的Cr ２O ３氧化膜,内部仅为Al ２O ３氧化物;(３)Ni -Cr -Al 合金中的元素Al 的含量较高而Cr 的含量较低时,合金仅生成连续单一的Al ２O ３氧化物.实验合金加入了难熔金属元素Ta ㊁W ㊁Re ,使得合金高温氧化行为变得更为复杂.热力学理论认为合金中元素发生氧化反应生成氧化物的活性,与生成氧化物的生成吉布斯自由能大小有关,相同温度下生成吉布斯自由能数值越负,表明该元素与氧的亲和力越强[１０].通过计算Al ２O ３㊁Cr ２O ３㊁NiO 和Ta ２O ５的生成吉布斯自由能列于表１,可见元素Ta 与O 的亲和力最强,然后依次为元素Al ㊁Cr ㊁Ni ㊁Co .但合金中元素的氧化还受动力学因素制约,氧化初期合金中元素Ta 发生氧化反应生成Ta ２O ５,导致合金表面元素Ta 含量下降,同时元素Ta 在Ni 中迁移速率较小,合金内部元素Ta 无法补充到合金表面,导致元素Ta 的氧化速率减缓.此时,合金表面的元素Cr ㊁Al 含量相对增加,则合金中元素Cr ㊁Al 发生氧化反应,由于合金表面形成单一氧化物膜Cr ２O ３,所需元素Cr 的临界浓度约为１６％,而Al 元素会与合金中元素Ni 反应生成Ni ３Al 相以增强合金的力学性能,因此８２０４０２０１５年第４期(４６)卷合金表面形成单一的Al２O３氧化物膜所需元素Al的临界浓度约为１０％.表１㊀Al２O３㊁Cr２O３㊁CoO㊁NiO和Ta２O５在不同温度的热力学数据Table１Thermod y namic data of formin g Al２O３, Cr２O３,CoO,NiO and Ta２O５p hases at dif-ferent tem p eraturePhaseΔG０m/kJ㊃mol－１９００ħ１０００ħAl２O３－８６０－８５０Cr２O３－５３８－５２５CoO－１５３－１４６Ta２O５－１５４１－１５００NiO－２８０－２５０㊀㊀实验合金中Cr元素和Al元素的含量分别为５．０％和６．０％,均低于单独形成Al２O３或Cr２O３氧化物膜的临界浓度,此外元素Cr更易沿合金晶界发生短路扩散,因此氧化初期合金表面以元素Cr和Al发生选择性氧化反应,生成Al２O３和Cr２O３为主,至此合金表面形成Al２O３和Cr２O３混合氧化物膜,导致氧化初期合金氧化动力学曲线增重较快.随氧化进行,合金表面Cr元素和Al元素被氧化消耗,导致合金表层处中其它元素浓度上升,进而发生氧化,生成NiO㊁CoO㊁Ta２O５等氧化物.新生成的氧化物聚集在Al２O３和Cr２O３周围,随着氧化进行,氧化物间相互发生固相反应,生成复合氧化物,反应如下Cr２O３＋(Ni,Co)Oң(Ni,Co)Cr２O３(１) Al２O３＋Ta２O５ңAlTaO４(２)Cr２O３＋Ta２O５ңCrTaO４(３)㊀㊀生成的复合氧化物对合金基体具有保护作用,所以合金的增重趋缓.随氧化的进行,试样从管式炉中频繁取出,试样冷热交替,此外合金表面氧化物膜中不同氧化物的热膨胀系数与合金基体的明显不同,则在冷热交替作用下合金表面的氧化物膜会发生开裂,乃至剥落,导致合金氧化动力学曲线发生失重.发生氧化物膜剥落的区域,合金会继续发生元素Ta的氧化及元素Al和Cr的选择性氧化,使合金氧化动力学曲线再次发生增重.合金氧化期间,剥落和增重交替进行,但随氧化时间延长,合金表面发生高温氧化反应,及氧化物间形成复合氧化物成为合金后期氧化的主要特征,并导致合金氧化动力学曲线总体趋于缓慢增重.而这种氧化特征随氧化温度升高,而越发明显,这与１０００ħ氧化３００h后,合金表面完全被复合氧化物覆盖相一致,如图３(b)所示.研究表明合金中Al元素和Cr元素通过复合氧化物层扩散速率,明显低于在合金的扩散速率,而Cr元素在合金中沿晶界短路扩散的速率明显高于其它合金元素,因此导致复合氧化物层下方Cr元素富集,由于复合氧化物颗粒间间隙较大,空气中的O２可以通过氧化物层并渗入到复合氧化物层下方,此时复合氧化物层下方发生Cr元素浓度较高,依据热力学和动力学因素,Cr元素发生氧化反应,生成连续分布的元素Cr氧化物,如图５(c)-(b)所示,且随氧化温度升高Cr元素的富集区厚度略有增加.３．２㊀合金内氧化和内氮化理论分析合金氧化期间由于冷热循环,合金表面氧化物膜发生翘起㊁剥落,空气中的O２和N２,会通过破裂的氧化物膜间隙及氧化物颗粒间的缝隙进入合金内部,与合金内部的元素发生氧化和氮化反应,生成内氧化物和内氮化物.但合金内部的内氧化物和内氮化物,明显呈层次分布,内氧化物靠近合金表面,内氮化物靠近合金基体,如图４和５所示.分析认为,实验合金中的元素Cr和Al的百分含量分别为５．０％和６．０％,空气中的O２进入合金内部后,依据合金表面发生氧化反应生成Cr２O３和Al２O３的规律,发生合金的内氧化.但由于合金表面下层形成了Cr元素的富集区,如图如图５(c)-(b)所示,这会导致合金内部形成了Cr元素的贫化区,在贫化区内则元素Al含量相对上升,利于形成Al２O３.此外,根据Cr２O３和Al２O３的吉布斯自由能公式,如式(４)和(５)所示,内氧化物Cr２O３和Al２O３的形成还与扩散至合金内部的O２分压有关.ΔG Al２O３＝ΔG０Al２O３－RT ln p O２(４)ΔG Cr２O３＝ΔG０Cr２O３－RT ln p O２(５)㊀㊀相同温度下,在合金内部靠近外氧化膜处,随着元素O的扩散渗入,P O２氧分压越来越小,而元素Al的浓度越来越大,式中RT ln p O２所起的作用可以忽略,因此氧化物Al２O３和Cr２O３的形成与标准摩尔吉布斯自由能有关,由于ΔG０Al２O３＜ΔG０Cr２O３,故ΔG Al２O３＜ΔG Cr２O３所以合金内部仅能生成元素Al的内氧化物Al２O３[１１].在氧化期间合金内部生成了AlN内氮化物,分析认为,合金氧化期间表面氧化膜在冷热交替作用下,产生裂痕甚至剥落,这使空气中N渗入合金基体成为可能.Al２O３内氧化物和AlN内氮化物的生成及其在合金内部的分布规律,与两者的稳定性有关.根据热力学分析,AlN在９００和１０００ħ的生成吉布斯自由能分别为－１８８．６８９和－１７７．１３７kJ/mol,远低于Al２O３的生成吉布斯自由能(见表１),因此Al２O３的热力学活性高于AlN.Al２O３内氧化物和AlN内氮化物的生成除受热力学因素影响外,还受氧和氮的分压等动力学因素的影响.当合金在大气中氧化时,氧化初期虽然合金表面氮分压大于氧分压,但O的活性较高,此时,表面仅发生元素的氧化反应;随O和N原子由外向内扩散,在合金内部浅层区域Al㊁O㊁N元素相遇,并同时存在时,O依然保持较高活性,并优先与Al反应,生成Al２O３内氧化物,形成Al２O３内氧化层.在合金内氧化层下方更深层区域,由于O原子在由外向内的扩散途中不断被消耗,生成内氧化物,导致内氧化层前沿p O２降低,p N２相对升高,但由于内氧化层前沿区域Al元素依然保持高的热力学活性;故当９２０４０卢旭东等:一种镍基合金在９００和１０００ħ的高温氧化行为p N２/p O２保持适当比例关系时[１２],AlN的稳定性反而优于Al２O３,因此,在Al２O３内氧化物前沿区域活性的元素N㊁Al反应生成AlN.４㊀结㊀论(１)㊀合金分别在９００和１０００ħ氧化３００h,氧化动力学曲线遵循氧化初期氧化增重速率较快,氧化期间氧化动力学曲线呈波浪式变化,且氧化温度越高越明显.(２)㊀镍基合金在９００ħ氧化产物分为３层,外层为NiO㊁Ni２Cr２O４㊁Ni２CoO４和CrTaO４,内层为Al２O３,外层中的CrTaO４阻碍了合金中Al元素的扩散,形成了平直的Al２O３中间层.(３)㊀镍基合金在１０００ħ氧化产物分为２层,外层为NiO㊁Ni２Cr２O４㊁Ni２CoO４和CrTaO４,内层为Al２O３.(４)㊀镍基合金在９００和１０００ħ氧化３００h均出现了明显的内氧化和内氮化现象,且内氧化物和内氮化物呈明显层次分布,内氧化物出现在合金与氧化膜的交界内侧为Al２O３,在内氧化物的下方为内氮化物AlN.参考文献:[１]㊀Lu Xudon g,Tian Su g ui,Yu Xin g fu,et al．Oxidation be-havior of a sin g le-cr y stal Ni-base su p erallo y in air at９００and１０５０ħ[J]．Rare Metals,２０１１,３０:３３９-４４０．[２]㊀Wu Y,Li X W,Son g G M,et al．Im p rovement of the ox-idation resistance of the sin g le-cr y stal Ni-based TMS-８２＋su p erallo y b y Ni-Al coatin g s with/without the diffusionbarrier[J]．Oxidation of Metals,２０１０,７４:２８７-２８８．[３]㊀Liu Liron g,Jin Tao,Sun Xiaofen g,et al．Effect of Al, Ti and Ta contents on the microstructure in Ni-based sin-g le cr y stal su p erallo y durin g a g e[J]．Rare Metal Materi-als and En g 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behaviour of Cr５．０Co８．０Mo０．９W５．５Ta７．４Al６．０Re４．２su p erallo y at９００and１０００ħin air has been investi g ated b y means of measurin g the kinetics curves of the oxidation and anal y sis method of TGA,XRD and SEM/EDAX．Results show that the oxidation initial oxidation rate is ra p id,with the oxidation time,the increasin g of oxidation wei g ht overall tends to be smooth,but the oxidation kinetics curve for su p eral-lo y later has a wav y chan g e and obviousl y for the hi g her oxidation tem p erature．The oxidation film are consist of three la y ers at９００ħ．The outer la y er is mainl y com p osed of NiO,Ni２Cr２O４,Ni２CoO４,CrTaO４and continuous middle la y er and disconnected inner la y er of Al２O３．The p hase CrTaO４decreases the diffusion rate of Al．As a result,a continuous oxide la y er of Al２O３is formed in the middle la y er to restrain the g rowth of oxide film and decrease the oxidation rate．The oxidation film are consist of two la y ers at１０００ħ．The outer la y er is mainl y com p osed of NiO,Ni２Cr２O４,Ni２CoO４,CrTaO４,and disconnected inner la y er of Al２O３．The internal oxide (Al２O３)and internal nitride(AlN)p reci p itates formed inside the su p erallo y after ex p osure for３００h durin g oxi-dation at９００ħand１０００ħ;the internal oxidation zone forms on the near-surface area of the su p erallo y,in-ternal nitridation zone forms below the internal oxidation zone inside the su p erallo y;with the increasin g of tem-p erature the internal oxidation zone and internal nitridation zone are wider,simultaneit y the size of internal ni-tride and internal oxide increase．Ke y words:Ni-base su p erallo y;isothermal oxidation;kinetics curves;internal oxidation;internal nitridation ０３０４０２０１５年第４期(４６)卷一种镍基合金在900和1000℃的高温氧化行为作者：卢旭东， 陈涛， LU Xu-dong， CHEN Tao作者单位：沈阳理工大学 装备工程学院,沈阳,110159刊名：功能材料英文刊名：Journal of Functional Materials年，卷(期)：2015(4)引用本文格式：卢旭东.陈涛.LU Xu-dong.CHEN Tao一种镍基合金在900和1000℃的高温氧化行为[期刊论文]-功能材料2015(4)。

材料研究与应用 2024，18（2）：187‐194Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：//mra.ijournals.cn CVD 法制备Inconel 718 高温合金表面铝化物涂层高温氧化行为研究孟国辉1,齐浩雄1,杜撰1,刘梅军1*,杨冠军1,吴勇2,孙清云2,夏思瑶2,董雪2（1.西安交通大学/金属材料强度国家重点实验室，陕西 西安 710049； 2.武汉材料保护研究所有限公司，湖北 武汉 430030）摘要： Inconel 718高温合金是燃气轮机和航空发动机热端部件的关键核心材料，其表面通常制备有铝化物涂层，起到提高抗氧化和热腐蚀性能的作用。

理解铝化物涂层的高温氧化行为，是提高部件抗高温氧化能力的关键。

采用化学气相沉 积（CVD ）技术，在Inconel 718高温合金表面制备了铝化物涂层，在大气环境、950 ℃条件下开展了恒温氧化测试，采用扫描电子显微镜、X 射线衍射和X 射线能谱等手段，研究了其高温氧化行为，并与Inconel 718高温合金进行对比。

结果表明：In -conel 718高温合金表面制备的CVD 铝化物涂层，其表面粗糙，具有双层结构。

外层为富含Ni 和Al 元素的β-NiAl 层，平均厚度为14.1 μm ，内层为富含Fe 和Cr 元素的σ相与富含Nb 、Mo 和Fe 元素的Laves 相共存的互扩散层，平均厚度为5.9 μm 。

恒温氧化后，Inconel 718高温合金表面氧化生成了Cr 2O 3膜，而CVD 铝化物涂层表面氧化生成了α-Al 2O 3膜。

Cr 2O 3膜和α-Al 2O 3膜的生长都遵循抛物线型生长规律，Cr 2O 3膜的生长速率常数为0.86 μm∙h −1/2，α-Al 2O 3膜的生长速率常数为0.15μm∙h −1/2。

此外，观察发现Inconel 718 高温合金发生了内氧化，而 CVD 铝化物涂层未出现内氧化，两者氧化行为差异的原因在于CVD 铝化物涂层中的β-NiAl 相，其氧化生成均匀、连续、致密的α-Al 2O 3 膜，阻止了内部金属发生进一步氧化。