高溫材料與潛變

關於在超過1000℃的高溫空氣中使用的耐熱合金的保護膜,下列敘述何者正確?

  1. ACr₂O₃膜在任何溫度都不會揮發,因此在1000℃以上總是比Al₂O₃膜更具保護性
  2. BCr₂O₃膜在約1000℃以上會變成揮發性的CrO₃而容易減少,因此在更高溫下使用形成Al₂O₃膜的合金
  3. C保護膜成長得越快越厚,保護性越高,因此選擇形成拋物線速率常數大的氧化物的合金
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正確答案:B. Cr₂O₃膜在約1000℃以上會變成揮發性的CrO₃而容易減少,因此在更高溫下使用形成Al₂O₃膜的合金

高溫的保護膜必須緻密、膜中的擴散慢(拋物線速率常數小),並與母材密著良好,代表性的有Cr₂O₃、Al₂O₃、SiO₂。Cr₂O₃在約1000℃以前是良好的保護膜,但在更高溫的氧化性氣氛中會變成CrO₃氣體而揮發,使膜變薄。Al₂O₃成長更慢,在高溫下也穩定,因此鎳基超合金、熱障塗層的黏結層、Fe-Cr-Al電熱線等都使其形成Al₂O₃。添加少量的Y或Hf可提高膜的密著性(活性元素效應)。膜成長得快而厚,意味著金屬被快速消耗,與保護性高正好相反。

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