Unraveling the role of tungsten as a minor alloying element in the oxidation NiCr alloys
Unraveling the role of tungsten as a minor alloying element in the oxidation NiCr alloys
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揭示钨作为氧化镍铬合金中次要合金元素的作用
DOI：
10.1038/s41529-022-00265-x
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发表时间：
2022
影响因子：
5.1
通讯作者：
Reinke, Petra
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Volders, Cameron;Angelici, Valentina Avincola;Waluyo, Iradwikanari;Hunt, Adrian;Árnadóttir, Líney;Reinke, Petra
镍基高温合金具有独特的机械性能、耐腐蚀性和高温性能。采用近常压X射线光电子能谱（XPS）研究了Ni-5Cr、Ni-15 Cr、Ni-30 Cr和Ni-15 Cr-6 W在500 °C、p（O2）=10− 6 mbar条件下氧化的初始阶段。这些合金的氧化物演变的比较量化了W在促进氧化铬形成方面的巨大影响。对于二元合金，由于Cr-表面富集而增加氧化铬，随后是NiO成核和生长，从而播种双层结构。添加W（Ni-15 Cr-6 W）使反应途径向氧化铬转变，从而提高氧化物质量。密度泛函理论计算证实，W原子相邻的Cr创建非常有利的氧吸附位点。W的加入使Cr与氧的反应性增强，基本上使氧原子进入Cr位。实验结果进行了讨论的背景下，表面组成，化学，反应物通量，和微观结构。
Ni-based superalloys offer a unique combination of mechanical properties, corrosion resistance and high temperature performance. Near ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy was used to studyin operandothe initial steps of oxidation for Ni-5Cr, Ni-15Cr, Ni-30Cr and Ni-15Cr-6W at 500 °C, p(O2)=10−6mbar. The comparison of oxide evolution for these alloys quantifies the outsized impact of W in promoting chromia formation. For the binary alloys an increase in chromia due to Cr-surface enrichment is followed by NiO nucleation and growth thus seeding a dual-layer structure. The addition of W (Ni-15Cr-6W) shifts the reaction pathways towards chromia thus enhancing oxide quality. Density functional theory calculations confirm that W atoms adjacent to Cr create highly favorable oxygen adsorption sites. The addition of W supercharges the reactivity of Cr with oxygen essentially funneling oxygen atoms into Cr sites. The experimental results are discussed in the context of surface composition, chemistry, reactant fluxes, and microstructure.
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