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Al2O3/Ti2AlN复合材料在900℃,1000℃和1100℃空气中的氧化行为
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沈阳工业大学 材料科学与工程学院,沈阳工业大学 理学院,沈阳工业大学 材料科学与工程学院

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国家自然科学基金资助(项目号××××)


Oxidation behavior of Al2O3/Ti2AlN Composite at 900℃,1000℃,and 1000℃ in Air
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School of Materials Science and Engineering Shenyang University of Technology,Shenyang, China,College of Science Shenyang University of Technology,Shenyang, China,School of Materials Science and Engineering Shenyang University of Technology,Shenyang, China

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    摘要:

    利用综合热分析仪、背散射扫描电镜(BSE)和能谱分析(EDS)对Al2O3/Ti2AlN复合材料在900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃/20 h空气中连续氧化20h后的氧化增重及氧化层截面进行了研究。结果表明:Al2O3/Ti2AlN复合材料在空气中的氧化行为符合抛物线规律,在900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃/20 h氧化增重分别为2.78×10-2 kg/m2、10.4 ×10-2 kg/m2、21.9 ×10-2 kg/m2,抛物线速率常数相应为1.08×10-8 kg2/m4s、1.44×10-7 kg2/m4s、6.56×10-7 kg2/m4s,氧化激活能为274 kJ/mol。氧化层主要由TiO2和Al2O3组成的,连续的Al2O3次外层可以提高其抗氧化性能。氧化层结构的改变是由于氧化温度对Ti4+、Al3+由基体表面向外扩散和O2-向内扩散的影响,以及TiO2和Al2O3在不同温度下的形核生长速率导致的。对Al2O3/Ti2AlN而言,控制材料与氧化气氛的界面是提高该材料抗氧化性能的关键。

    Abstract:

    The oxidation behavior in air of Al2O3/Ti2AlN composite at temperature of 900 ℃ 1 000 ℃ and 1 100 ℃ in 20 hours were studied by oxidation weight experiment, back scanning electron imaging(BSE) and energy dispersive spectrometer (EDS). The results show the oxidation behavior of composite obeys a parabolic law from 900 ℃ to 1 100 ℃. The oxidation weight gain respectively is 2.78×10-2 kg/m2、10.4 ×10-2 kg/m2、21.9 ×10-2 kg/m2. The parabolic rate constant corresponding to 1.08×10-8 kg2/m4s、1.44×10-7 kg2/m4s、6.56×10-7 kg2/m4s. the oxide activated energy is 274 kJ/mol. The composed of oxide layer are TiO2 and Al2O3. The good oxidation resistance of Al2O3/Ti2AlN composite is coming from the continuous outer Al2O3 layer. The structure changes of oxide layer is due to The temperature effect the diffusion rate of Ti4+, Al3+ ions outward and O2- inward, it also effect the nucleation and growth rate of TiO2 and Al2O3. Those are the reason of the changes of oxide layer structure at different temperature. To control the interface between the matrix and oxidizing atmosphere is the key to improve the Al2O3/Ti2AlN composite oxidation resistance

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

郑卓,孙维民,刘正. Al2O3/Ti2AlN复合材料在900℃,1000℃和1100℃空气中的氧化行为[J].稀有金属材料与工程,2018,47(9):2717~2722.[Zheng Zhuo, Sun Weimin, Liu Zheng. Oxidation behavior of Al2O3/Ti2AlN Composite at 900℃,1000℃,and 1000℃ in Air[J]. Rare Metal Materials and Engineering,2018,47(9):2717~2722.]
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  • 收稿日期:2016-09-14
  • 最后修改日期:2017-08-31
  • 录用日期:2017-12-13
  • 在线发布日期: 2018-11-01
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