1。4 高温氧化的热力学和动力学原理论文网

高温氧化的热力学分析，可以利用热力学第二定律进行判断：反应中的吉布斯自由能降低，反应可自发进行。金属或高温合金中的任一可能元素发生氧化：

M+O2=MO2

反应中的自由能变化公式：

ΔG=RTlnP’O2/ PO2

其中，P’O2为一定温度下反应平衡时中的氧分压或者氧化物分压；PO2为氧化气氛中的氧分压。一般通过判断自由能的正负，可以得出金属氧化反应的发生倾向及产物的稳定性。分析高温合金高温氧化后生成的稳定氧化物类型，必须结合动力学进行分析。DZ444高温合金的氧化反应，吉布斯自由能不大于零，所以反应可以自主进行。

金属的氧化这一过程是很复杂，是从物理到化学的一个过程，氧气在金属中物理和化学吸附，从而形成连续的氧化膜，氧化物生核和长大以及氧化膜的增厚等等情况，随着氧化膜厚度的逐渐增加，电位梯度也因此随着氧化膜的厚度增加而降低，所以氧化曲线才会更加平稳地呈现出增长速率趋势。在高温氧化反应进行的过程中，金属元素和氧均被不断的消耗，这是该反应进行的必要条件[3]。如果氧化反应的速率较，随着单位时间内消耗的金属和氧的量的逐渐增多，所产生的氧化物就越多。在表面的氧化膜保持完整且稳定的情况下，合金的质量必然增加，增加的质量相对应的就是耗氧量。所以，可以利用金属消耗、氧消耗或者氧化物增加质量与时间的关系，表示氧化速率。测量氧化物和金属的质量变化，需要对实验进行停止操作，可操作性太弱，所以一般都选择进行氧含量变化的测量，来对高温氧化过程的动力学研究提供数据支持。为获得在反应过程中质量—时间变化曲线，质量的测定方法有连续称重法和不连续称重法。本文中对DZ444的分析选择不连续称重法[7]。

1。5 氧化的动力学规律原理

影响高温氧化的重要因素有合金的种类和合金的氧化时间。氧化的动力学规律，即用数学表达式对氧化试样的增重或者氧化膜的膜厚变化与时间的关系进行表达，单位时间内变化量即为变化速率。

研究得出，高温合金的氧化的动力学规律主要有四类：（1）直线规律，即氧化速率为恒定常数；就原理来说，是金属/合金表面形成的氧化膜不会对反应的发生产生阻挡扩散的作用；（2）抛物线规律，就是随着氧化程度的增加，氧化膜厚度增加，导致氧化速率降低，当厚度达到一定后，氧化速率降低至可以忽略反应的进行；（3）立方规律，氧化膜增重与时间成正比，氧化速率与增重的平方成反比，即抗氧化性更强；（4）对数规律，多出现在300—400℃左右条件下的金属氧化过程。研究得出，在以上四种动力学规律中，氧化抛物线规律是大多份高温合金在高温下所遵循的，即具有一定的抗氧化性[8]。

1。6 研究的目的与意义

高温合金，定义为可以在600℃以上的高温条件下，有较强的应力承受能力和表面稳定性的一系列金属材料如高合金化镍基、铁基和钴基奥氏体金属材料。如高温合金有着较多的优异性能，如良好的高温强度，良好的高温抗氧化、抗腐蚀性能，优异的抗蠕变性能等，有好的组织稳定性。结合种种高温合金的优势，常将其在航空发动机、工业燃气轮机中进行应用。具体来说，热端的零部件，包括涡轮叶片、导向叶片等均采用高温合金材料制备。如果高温合金的合金化程度很高就可以称为是超合金，上述合金应用于造船，航天航空火箭，石油采集的重要材料。高温合金又可以分为铁基、镍基、钴基等高温合金。在750~780℃，铁基高温合金是最好的选择，如果高于这个问题，则采取镍基高温合金最为合适。 镍基高温合金广泛地被用来制造航空所用的喷气发动机和工业燃气轮机的热端所需部件,镍基在整一个高温合金领域中有着至关重要的价值，随着发动机自身的推力/推重比的增加，直接影响涡轮入口处的温度不断增加，这对零部件材料的高温性能提出了更高的要求。针对应用中的需求，高温合金成分和工艺的改进、发展以提高其耐高温等诸多性能的工作已势在必行，进行新工艺例如热加工与凝固结晶还有热处理及表面处理等工艺来强化合金结构，这是非常重要的强化途径，本方案主要是关于定向凝固高温合金DZ444在不同温度空气中的高温氧化行为研究，并进行讨论。