Cr$_2$AlC 涂层氧化过程中形貌相关分解与孔洞演化：基于相关断层扫描显微镜术的研究
材料科学
2026-05-19 v1
摘要
材料在氧化环境中的退化进行的三维定量表征仍有限。本文应用相关断层扫描显微镜术联合质量平衡框架，对铬铝碳化物（CrAlC）进行研究，该材料是容错核燃料衬垫和涡轮叶片的候选材料，揭示了氧化过程中分解与孔洞演化如何受晶粒形貌的强烈影响。对沉积的 CrAlC 涂层（具有等轴晶粒和柱状晶粒形貌）进行氧化分析。尽管在两种涂层形貌中均形成 CrC，但孔洞仅在柱状涂层中形成。通过假设铝脱嵌 enables 氧化膜和铝-O-C-N 杂化物形成，从而实现铝脱嵌的 CrAlC 完全转化为 CrC，估算 CrC 的体积。对于等轴涂层，预测的碳化物体积与断层扫描结果吻合良好（误差为 3 ± 3%），确认了铝脱嵌驱动的 CrC 形成。尽管 CrC 的摩尔体积小于 CrAlC，但由于无孔洞，表明体积收缩可能通过涂层厚度减薄来消除。在柱状涂层中，预测的 CrC 体积比测得值高出 22 ± 4%，且仅靠体积收缩无法解释的孔洞体积（13-16%）低于测得值，表明铝脱嵌不完全且已存在的缺陷发生聚集。这一联合方法为定量解析退化机制提供了通用途径。
引用
@article{arxiv.2601.02216,
title = {Morphology dependent decomposition and pore evolution during oxidation of Cr$_2$AlC coatings revealed by correlative tomography},
author = {Devi Janani Ramesh and Sameer Aman Salman and Jochen M. Schneider},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.02216},
year = {2026}
}