二元合金选择性晶间氧化的建模
化学物理
2018-09-03 v1 应用物理
计算物理
摘要
水热条件下合金的晶间侵蚀是一个复杂问题,取决于金属与氧通过固态及通道状路径向推进中氧化前沿的传输动力学。实验揭示,镍基二元合金的晶间侵蚀速率及氧化前沿前方的次要元素耗尽距离因次要元素不同而有很大差异。例如,文献记载 Ni-5Cr 二元合金在晶界裂纹尖端前方有显著达 9 微米的 Cr 耗尽,而 Ni-5Al 的 Al 耗尽相对温和(约数百纳米)。我们提出一个数学动力学模型,将 Wagner 厚膜生长模型改造用于二元合金的晶间侵蚀。元素 O、Ni、Cr 和 Al 在块体合金及沿晶界的传输系数根据文献估算。对于平面表面氧化,可由模型确定次要元素的临界浓度,超过该浓度时次要元素氧化物将主导于主要元素氧化物。这一用于简单晶界氧化的通用模型可预测与实验数据相当的氧化渗透速率及推进前沿前方的次要元素耗尽距离。模型中,Cr 在 Ni-5Cr 中的显著耗尽距离与 Ni-5Al 中局部化 Al 耗尽之间的差异,可由 Cr 沿晶界相对更快扩散及在晶粒内部相对更慢扩散(相较于 Al)的组合效应解释。
引用
@article{arxiv.1808.10397,
title = {Modeling Selective Intergranular Oxidation of Binary Alloys},
author = {Zhijie Xu and Dongsheng Li and Daniel K. Schreiber and Kevin M. Rosso and Stephen M. Bruemmer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.10397},
year = {2018}
}