近来，上海交通大-学在高Cr-Ni合金高温水蒸汽侵蚀机理方向获取新信息，并在金属结构原料顶级期刊Acta Materialia上揭晓题为“Microstructure understanding of high Cr-Ni austenitic steel corrosion in high-temperature steam呢”的学术论文呢。原料学院沈朝副教-授为论文的第一做者，原料学院曾小勤教-授和西南交通大-学吴圣川钻研员为论文的通讯做者，新南威尔士大-学Jianqiang Zhang教-授.牛津大-学Sergio Lozano-Perez和Michael Moody教-授为一同做者呢。该工做获得重点研发事情事情赞助（赞助号YS2018YFE010246）和英国EPSRC基金赞助（赞助号 EP/R009392/1）呢。
论文链接
/10.1016/j.actamat.2022.117634
当金属原料袒露在高温水蒸汽环-境下，其表-面会组成一层氧化膜，而金属原料耐侵蚀功效的利害主要取决于表-面氧化膜的特征呢。课题组一最先的时候分-别对Fe-9Cr钢（Z. Shen, et al., ActaMater. 194(2020) 522-539）和Fe-17Cr-9Ni钢（Z. Shen, et al., Acta Mater. 194(2020) 522-539）在600℃高温水蒸汽中的所组成的氧化膜举行了体制的钻研，钻研结局讲明由于Cr和Ni的进一步增添，Fe-17Cr-9Ni钢展现出了比Fe-9Cr钢越发优异的耐侵蚀功效，进一步钻研觉察这两种原料在高温水蒸汽中均发生了内氧化，可是由于Cr和Ni的进一步增添，这两种原料的表-面氧化膜的微观(注释涉及部-分的或者较小的范围的)结构一开始不一样呢。只管Fe-17Cr-9Ni钢拥有较好的耐侵蚀功效，可是文献结局讲明通过对Cr和Ni的进一步增添，原料的耐侵蚀功效能够获得进一步提升呢。
由于高Cr-Ni钢的耐侵蚀功效优异，其表-面氧化磨厚度较低，钻研表征对应难题，因而现在关于高Cr-Ni钢在高温水蒸气中侵蚀后其表-面氧化膜的微观(注释涉及部-分的或者较小的范围的)结构的熟悉尚不清晰呢。而通过对高Cr-Ni钢表-面氧化膜微观(注释涉及部-分的或者较小的范围的)结构的高分辩钻研，揭示其在高温水蒸汽中的耐侵蚀机理，这些钻研结局能够用来指点开拓出耐侵蚀功效越发优异的金属原料呢。
主要思绪
本文以Fe-21Cr-32Ni钢为钻研对-象，分-别将其袒露在600℃高温水蒸汽中侵蚀48h和1500h，获取该原料在侵蚀早期和以后的表-面氧化膜呢。论文综合使用扫描电子显微镜（SEM）.聚焦离子束（FIB）.透射电子显微镜（TEM）.同轴电子背散射衍射（on-axis TKD）.三维簿本探针（3D APT）等多种表征办法对区别侵蚀时刻的氧化膜举行了深入体制的钻研，查明高Cr-Ni钢在区别侵蚀时刻其表-面氧化膜的微观(注释涉及部-分的或者较小的范围的)结构，揭示了表-面氧化膜微观(注释涉及部-分的或者较小的范围的)结构随着时刻的转变纪律呢。进而，在这些高分辩微观(注释涉及部-分的或者较小的范围的)表征数据的普遍提出了高Cr-Ni钢在高温水蒸汽环-境下的侵蚀机理呢。
钻研觉察
Fe-21Cr-32Ni钢在侵蚀早期，氧通过晶格疏散进去金属基体内里，组成份离的Fe-Cr尖晶石氧化物颗粒，而基体中的部-分金属态Ni迁徙到原料表-面组成一层连续的金属Ni层（图1和图2）呢。
图一、Fe-21Cr-32Ni钢侵蚀48h后表-面氧化膜的截面相貌呢。
图2. Fe-21Cr-32Ni钢表-面氧化膜中氧化物相和富Ni金属相中元素的空-间疏散呢。
随着侵蚀时刻的延伸，Fe-Cr尖晶石氧化物颗粒的尺寸逐步逐步长大并组成一层连续的氧化层，而早期迁徙到基体表-面的金属Ni层被氧化成NiO，同时基体中部-分Fe2+/3+向外疏散同NiO反映变成一层连续的Fe-Ni尖晶石氧化层（图3和图4）呢。随着氧化膜厚度的增添，疏散进去金属基体中的氧的含量逐步逐步下降，这个时候Fe-Cr尖晶石氧化物以前无法变成，转而变成一层连续的热力学越发稳固的Cr2O3层（图4）呢。连续的Cr2O3层能够进一步控制往金属基体中疏散的氧，这个时候以前无法连续变成Cr2O3，而SiO2相较于Cr2O3其热力学越发稳固，因而在Cr2O3层前沿变成一层SiO2层呢。由于Fe-21Cr-32Ni钢中Si含量较低（0.15%wt.），SiO2层呈半连续状态呢。
图3. Fe-21Cr-32Ni钢侵蚀1500h后表-面氧化膜的截面相貌和元素疏散呢。
图4. Fe-21Cr-32Ni钢侵蚀1500h后表-面氧化膜的晶体结构呢。
本钻研讲明，Fe-21Cr-32Ni钢在高温水蒸汽中优异的耐侵蚀功效主要来源三个方方面面1）早期基体表-面组成的一层连续的金属Ni层拉；2）氧化膜前沿组成的一层连续的Cr2O3层拉；3）Cr2O3层前沿组成的一层半连续状的SiO2层（图5）呢。
图5. Fe-21Cr-32Ni钢在高温水中的侵蚀机理呢。
（文上海交大原料智能计划与加工团队）
*谢谢论文做者团队对本文的大力支持呢。
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