DZ445合金的高温氧化行为的研究(6)
1.6定向高温合金
定向凝固[8]是一种强制性凝固过程。典型的定向凝固方法由Bridgman发明，其原理为由隔热层将装置的上部加热区和下部冷却区隔开而形成沿铸件轴向形成一文温度梯度，铸件在上部被熔化和过热，下部进行强制冷却，凝固界面位于隔热挡板附近，通过向下抽拉实现单向排列的凝固组织。定向凝固（DS）Ni基高温合金具有良好的物理，机械和在高温下的高稳定性和腐蚀性能，因而被广泛应用在航空航天领域的部分[9]。定向凝固技术在工业和高技术领域具有非常重要和广泛的应用。它被用来生产磁性材料、航空和地面燃机涡轮叶片、自生复合材料以及各种功能晶体。定向凝固技术具有代表性的成就是燃气轮机叶片材料的制备，目前先进的涡轮喷气发动机的涡轮前进口温度已达1950 K，几乎所有的商用和军用先进发动机均使用定向凝固法单晶涡轮和导向叶片。为了保证发挥材料的性能潜力，要求叶片材料的凝固组织具有择优生长的<001>晶向与轴向热流方向一致；同时具有细化的凝固组织、低的枝晶偏析，并尽可能不出现凝固缺陷和有害相。国内外大量研究表明，提高定向凝固过程中固一液界面前沿的温度梯度并很好地控制界面位置，是实现上述两个目标的重要途径。高温度梯度定向凝固可以允许在更高的生长速率下实现定向凝固，因而还极大地提高了叶片制备的效率。目前制备叶片主要采用传统的高速凝固法(High Rate Solidification，HRS)，该技术已经相当成熟，具有设备结构简单，工艺稳定等优点，特别适合制备航空发动机叶片等小型铸件。
近年来，新型单晶高温合金中添加大量难熔元素带来了结晶温度间隔增大、偏析加剧等问题。另外，随着大尺寸工业燃气轮机(IGT)叶片制备的发展，暴露出HRS技术的固有缺陷，即温度梯度低且随凝固过程的进行很快下降，使IGT叶片制备在传统的HRS定向凝固设备上难以实现。可见，高梯度定向凝固方法及相应制备装置的研究，是先进航空发动机和工业燃气轮机单晶高温合金制备的核心技术，也是近年来航空发动机热端部件制备技术竞争的热点。
在基础研究领域，定向凝固是研究金属凝固和晶体生长的基本手段之一。定向凝固的冷却速率可以由10-4 K／s到10 K4／s，因此可以制备从接近平衡到远离平衡的超细和亚稳态组织，在此过程中所产生的一系列凝固现象，一直是材料学家研究的重要领域。从某种意义上讲，凝固和晶体生长理论的发展以及新材料的研制，取决于定向凝固技术的发展水平[10]。
1.7高温合金的腐蚀行为研究概况
1.7.1高温合金的氧化概况
作为高温下使用的金属材料主要有2点基本要求：一是要求有足够优异的高温力学性能；二是要求有足够好的抗高温腐蚀性能，与航空发动机相比，工业用燃气轮机工作环境更为苛刻，工作时间更长，即使在涂层条件下，叶片合金基体的抗高温氧化能力仍然是发动机设计和安全使用的关键依据之一[11]．由于高温合金成分的复杂性，导致其氧化行为很复杂，但通常仍以氧化动力学和氧化膜的变化来表征高温合金的抗氧化能力[5]。
氧化过程、氧化膜的形成，是影响高温腐蚀过程的重要环节。因此，氧化的研究在高温合金的腐蚀与防护领域有基础理论性意义[12-13]。
实践中，除少数贵金属外，几乎没有一种金属在高温环境工作时是稳定的，他们都在不同程度上遭受腐蚀（氧化）。因此，金属的高温腐蚀是腐蚀科学的重要组成部分[14]。
（1）合金的内氧化
在氧化过程中，氧溶解到合金相中并在合金相中扩散，合金中的较活泼组元与氧反应在金属内部生成氧化物颗粒，这过程定义为内氧化。相应的，当硫，碳，氮等元素扩散到合金中产生硫化物，碳化物，氮化物等沉淀，发生内硫化，内碳化，内氮化等，这些过程也称之为广义的内氧化。