Acta Materialia：高温液相Pb-Bi二元合金中Fe-Cr-Al合金块体表面氧化层的形成对应变的影响

【引言】

液态金属以及液态金属合金在高温时会腐蚀大部分铁基材料。而研究发现液态合金中合适浓度的氧含量会产生氧化钝化，减轻腐蚀，尤其铝出现在铁基材料中。然而随着温度的升高以及液态金属中氧含量的增加会使氧扩散到固体中，使中间层氧化物增加。这会使近氧化层的固体产生应变。

【成果简介】

近日，西安交通大学的陈凯教授和加利福尼亚大学伯克利分校的M.P. Popovic（共同通讯作者）在Acta Materialia发表最新研究成果“A study of deformation and strain induced in bulk by the oxide layers formation on a Fe-Cr-Al alloy in high-temperature liquid Pb-Bi eutectic”。在该文中，研究人员利用同步加速器X射线衍射仪研究了液态铅铋二元合金中Fe-Cr-Al固体合金氧化层近表面由于氧化产生的应变。

【图文导读】

图1 试样及EDS线扫描图

（a）XRD试样测试区域示意图

（b）氧化层横截面SEM图

（c）氧化层EDS线扫描图

图2 FIM和RIM图以及取向图

（a）原始强度图（衍射峰值平均强度）

（b）过滤强度图

（c）块状晶体[001]方向的晶体取向图

（d）晶格取向差图

图3 X射线衍射图

（a）扫描区域的平均峰值宽度分布

（b）平均峰值宽度分布演变

（c）图（a）中点c处衍射峰的放大图

（d）图（a）中点d处衍射峰的放大图

（e）图（a）中点e处衍射峰的放大图

图4 X射线衍射峰

（a）平均峰值宽度分布

（b）-（d）X-Y面内的衍射峰演化过程及形状

图5 XRD扫面区域的位错密度分布图

图6 应变张量分布

（a）压缩主应变

（b）拉伸主应变

图7 未经LBE处理的试样

（a）X方向的面内取向图

（b）ALK试样峰值宽度分布图

【小结】

（1）块区域近表面有塑性变形（位错导致）和亚晶粒。

（2）通过晶体取向差计算得到的位错密度和峰值宽度以及应变分布规律一致，这就表明晶格中的应变主要来自塑性变形。

（3）块状晶体结构的晶粒细化会使近表面区域的晶体取向差的改变，这可能是因为内部氧化，随后由于氧化以及晶格错配导致产生应变。

（4）应变主要有两个来源：其一是由于氧的扩散导致铝合金的氧化，另一个是由于热膨胀使氧化物和母材错配。根据以上研究，内部氧化是应变的主要机制。

文献链接：A study of deformation and strain induced in bulk by the oxide layers formation on a Fe-Cr-Al alloy in high-temperature liquid Pb-Bi eutectic (Acta Materialia, 2018, doi.org/10.1016/j.actamat.2018.03.041)。

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿，材料牛编辑整理。

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