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【水氧腐蝕】探究水蒸氣對 NiAl 合金在 950°C 下生長的氧化鋁相變的影響

北京航空航天大學材料科學重點實驗室郭洪波教授團隊在期刊《Corrosion Science》上發表了題為“Effect of water vapor on the phase transformation of alumina grown on NiAl at 950℃”的論文。研究分析了NiAl合金在950℃溫度下，干燥氧氣和含有15%水蒸氣的氧氣環境下的相變。

2025-03-18

北京航空航天大學材料科學重點實驗室郭洪波教授團隊在期刊《 Corrosion Science 》上發表了題為“ Effect of water vapor on the phase transformation of alumina grown on NiAl at 950 ℃ ”的論文。研究分析了 NiAl合金在950℃溫度下，干燥氧氣和含有15%水蒸氣的氧氣環境下的相變。

研究背景

NiAl 合金因其高熔點(1640℃)和優異的高溫抗氧化性能，廣泛應用于高溫領域。其中抗氧化主要來源于表面形成的致密 α- Al ₂ O ₃ 氧化層，但在低溫段或氧化初期表面會形成亞穩態的氧化鋁( 如γ-Al?O? )。因此快速將亞穩態氧化鋁轉變為 α-Al?O? 對提高抗氧化性至關重要。目前一些研究表明水蒸氣會抑制相變，而另一些研究則表明水蒸氣會加速相變。本文旨在探討水蒸氣對NiAl合金上θ-Al?O?向α-Al?O?相變的影響。

研究方法

1.實驗方法：

1)NiAl合金通過電弧熔煉制備，并在1050°C真空退火2小時。樣品切割成圓盤狀（直徑10 mm，厚度3 mm），表面研磨至2000目并用丙酮清洗。

2)水氧實驗：950°C下進行等溫氧化實驗，一組為純氧氣，另一組是含有15%水蒸氣的氧氣。水蒸氣通過兩個蒸餾水飽和器生成，流量約為100 ml/min。

2.實驗表征

1)氧化動力學：通過電子天平測量樣品重量變化

2)表面形貌：使用場發射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）觀察氧化層表面形貌。

3)相分析：使用光致發光光譜（PSL）分析氧化鋁的相組成。

Fig.3 (b) 16 h in dry O₂; (e)16 h in O₂ + H₂O;

研究結果

1.水蒸氣顯著促進了NiAl合金在950°C下氧化生成的θ-Al?O?向α-Al?O?的轉變。

2.在含15%水蒸氣的氧氣中，氧化層更致密且均勻，抗氧化性能優于純氧氣環境。

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