Page 28 - 机械工程材料2025年第三期

2025 年 3 月 第 49 卷 第 3 期 Vol. 49 No. 3 Mar. 2025

DOI：10. 11973/jxgccl240225

电子束精炼 FGH4096 高温合金的高温氧化行为

李梦贤，李 毅，谭 毅，常 凯，李鹏廷
（大连理工大学材料科学与工程学院，辽宁省载能束冶金与先进材料制备重点实验室，大连 116024）

摘 要： 通过电子束精炼技术制备了氧杂质质量分数仅为0.000 9%的FGH4096合金，在750 ℃和
900 ℃下对该合金进行100 h恒温氧化试验，研究了氧化膜的表面形貌、截面结构及物相组成，分析
了该合金的高温氧化行为，并与真空感应熔炼技术制备的氧杂质质量分数为0.001 6%的FGH4096
合金进行对比。结果表明：与真空感应熔炼制备的合金相比，电子束精炼制备的FGH4096合金在相
同条件下高温氧化后的单位面积氧化质量增量和氧化膜厚度均较小，750，900 ℃温度下的平均氧化
速率均小于0.1 g · m −2 ·h −1 ，合金属于完全抗氧化级。在900 ℃下氧化100 h后，合金氧化膜由最外
层的TiO 2 和Co（Ni）Cr 2 O 4 、中间层的Cr 2 O 3 以及内层的Al 2 O 3 组成。与真空感应熔炼制备的合金相
比，电子束精炼制备的合金氧化膜更薄，孔隙更少，均匀性和致密性更好，合金内氧化程度更轻。在
氧化初期，合金表面生成TiO 2 和Cr 2 O 3 ，随着氧化时间的延长，外层形成的Co（Ni）O与Cr 2 O 3 反应生
成Co（Ni）Cr 2 O 4 尖晶石相，氧化膜逐渐致密，在低氧分压下于内层形成大量Al 2 O 3 。电子束精炼制备
的合金内部氧杂质含量较低，缺陷数量较少，有效降低了合金内部n型半导体氧化物Al 2 O 3 沿晶界向
内生长的速率，氧化膜厚度较小。
关键词： FGH4096高温合金；电子束精炼；杂质元素；抗氧化性能
中图分类号：TG174.2 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2025）03-0020-09

0 引 言 工艺。ZHUANG等 ［12］ 通过电子束精炼技术制备了
一种新型镍钴基合金并研究了其氧化行为，发现氧
FGH4096合金是一种常见的粉末高温合金，具
化后该合金具有较好的氧化膜结构。魏鑫等 ［13］ 研究
有组织均匀、热加工变形性能好等优点，是制备高
发现，通过电子束精炼技术制备的Inconel718合金具
性能航空发动机涡轮盘、环形件及其他热端部件的
有良好的抗氧化能力。ZHAO等 ［14］ 研究发现，通过
关键材料，已应用于推重比为10以上的航空发动机 电子束精炼技术制备得到的K417合金具有大的晶
上 ［1-3］ 。在高温环境下长时服役时，粉末高温合金的
界密度和较少的杂质含量，抗氧化性能良好。以上
氧化现象严重，这会降低航空发动机热端部件的服
研究均表明，电子束精炼可以显著降低合金中的杂
役寿命；同时发动机性能的不断提高也对高温合金
质含量，提升高温合金的抗氧化性能，但上述研究均
［4］
涡轮盘的抗氧化性能提出了更高要求 。研究 ［5-8］
未深入解释杂质元素对高温合金抗氧化性能的影响
表明，合金中的杂质元素（氧、硅、硫等）含量影响其
机制。
抗氧化性能，杂质含量较低的合金的抗氧化性能较
作者通过电子束精炼技术制备了超纯净的
好。目前，有关粉末高温合金的高温氧化行为的研
FGH4096合金，在750 ℃和900 ℃下对该合金进行
究主要集中在高温下形成的氧化膜结构方面 ［9-11］ ，对
恒温氧化试验，研究了氧化膜的表面形貌、截面结
于杂质含量较低的粉末高温合金的抗氧化性能鲜有
构及物相组成，分析了该合金的高温氧化行为，并
研究。
与真空感应熔炼技术制备的FGH4096合金进行对
电子束精炼技术具有能量密度高、真空度高、可
比，明确抗氧化性能与合金纯净度之间的相关性，这
控性好等优点，是实现材料熔炼与提纯的一种有效
对于进一步提升粉末高温合金抗氧化性能具有重要
意义。
收稿日期：2024-05-07；修订日期：2025-01-13
基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFA0705300） 1 试样制备与试验方法
作者简介： 李梦贤（1999—），女，河北石家庄人，硕士研究生
通信作者（导师）：谭毅教授 试验材料为分别采用真空感应熔炼技术和电子
20