Amine Alaoui Mouayd等人:鋼中硅含量和氧化溫度對尺度生長和形貌的影響
【引言】
鋼在加熱過程中,其表層的鐵與爐氣中氧化性氣體O2、CO2、H2O、SO2等接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并生成氧化鐵皮,這個反應(yīng)叫鋼的氧化。根據(jù)氧化程度的不同,生成幾種不同的鐵的氧化物—FeO、Fe3O4、Fe2O3。影響氧化的因素有:加熱溫度、加熱時間、爐氣成分、鋼的成分,這些因素中爐氣成分、加熱溫度、鋼的成分對氧化速度有較大的影響。
【成果介紹】
Amine Alaoui Mouayd等人研究了鋼中高硅含量、1.6wt.% Si和3.2wt.% Si和高氧化溫度(850-1200℃)對尺度生長速率和形態(tài)的影響。鋼在15%潮濕的空氣中被氧化,具有較短的等溫氧化時間(15分鐘)。使用linseis的熱重分析儀(TGA)做氧化試驗,非合金鋼的尺度增長率隨時間呈拋物線規(guī)律,是鐵擴(kuò)散控制的氧化。硅的存在通過在刻度/金屬界面上形成SiO2阻擋層而延遲生長,這種效應(yīng)對于含3.2wt.% Si的鋼更為重要,并且導(dǎo)致不連續(xù)的尺度。硅氧化物在規(guī)模/金屬界面上富集,其形貌取決于氧化溫度。對于低于950℃的溫度,形成二氧化硅。在950℃和1150℃之間,鐵橄欖石(Fe2SiO4)晶粒出現(xiàn)在鎢/鐵基體附近的尺度/金屬界面。對于高于1177℃的溫度,形成鐵橄欖石-方鐵礦共晶;這種熔融相有利于鐵擴(kuò)散,導(dǎo)致高尺度生長。冷卻后,在尺度/鋼界面上獲得了具有小方鐵礦晶粒的連續(xù)鐵橄欖石層。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1:15%℃潮濕空氣中Si00在900-1200℃氧化過程中的質(zhì)量增加。
圖2:(a)在15%℃潮濕空氣中Si16在溫度為900-1200℃氧化過程中的質(zhì)量增加。(b)放大Si16在鈍化期時的質(zhì)量增加。
圖3:(a)在15%℃潮濕空氣中Si32在溫度為900-1200℃氧化過程中的質(zhì)量增加。(b)放大溫度小等于1100℃的區(qū)域。
圖4:Si含量和溫度在15%濕氣中氧化15分鐘后終質(zhì)量變化的影響。
圖5:(a)在15%℃潮濕空氣中850℃氧化15分鐘后Si00的斷面SEM顯微照片,(b)其表面相的拉曼光譜:赤鐵礦外表面、磁鐵礦層和方鐵礦層。
圖6:(a)Si16在15%℃潮濕空氣中1100℃下氧化15分鐘的鐵橄欖石-方鐵礦層截面的SEM顯微照片。(b)在方鐵礦中鐵橄欖石顆粒的拉曼光譜。
圖7:(a)SiO2在15%℃潮濕空氣中1200℃氧化1分鐘時的截面SEM顯微照片。(b)具有方鐵礦小晶粒的鐵橄欖石層的拉曼光譜。
圖8:Si32在15%℃潮濕空氣中在1100℃氧化15分鐘的斷面SEM顯微照片。
圖9:Si32在15%℃空氣中1100℃氧化2分鐘后樣品表面的XPS分析:(a)45°測量,(b)O 1S和(c)Si 2P的高分辨率XPS光譜。
圖10:SiO2樣品表面在15%℃1100℃氧化2分鐘后:(a)俄歇譜的SEM顯微照片,(b)在表面光滑區(qū)域中執(zhí)行微分模式,(c)在氧化鐵區(qū)域中執(zhí)行微分模式。
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