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研究生:蔡和遠
研究生(外文):H. Y. Tsai
論文名稱:鐵鋁基合金於H2/NH3/Ar混合氣氛下之高溫氮化行為研究
論文名稱(外文):High Temperature Nitridation Behavior of Fe-Al Base Alloys in H2/NH3/Ar Mixed GAses
指導教授:開物
指導教授(外文):W. kai
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:材料工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:鐵-鋁基合金氮化動力學拋物線型定律氮化鋁氮化鈮氮化鉬氮化鐵動力學逆轉
外文關鍵詞:Fe-Al based binarynitridation kineticsparabolic rate lawAlNNbNMoNFe3NFe4Nkinetics inversion
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本文探討鐵-鋁基二元及三元系合金(含Fe-2, 10, 20, 28, 40 Al與Fe-28Al-2Mo, Fe-28Al-10Mo, Fe-28Al-2Cr, Fe-28Al-2Y, Fe-28Al-2Nb,;均為at.%)於H2/NH3/Ar氣氛下,溫度範圍500∼700℃之間的氮化行為。研究結果顯示所有鐵-鋁基合金在各個溫度之氮化動力學皆遵守拋物線型定律;其中二元系合金的氮化速率隨鋁含量之增加而降低,且純鐵的氮化速率在600℃∼700℃間有動力學逆轉發生;在三元系合金中,添加2 at.%鈮及10 at.%Mo可降低Fe-28Al基合金的氮化速率降低,添加2 at.%鉻及釔有減緩氮化速率的趨勢,但不明顯,而添加2 at.%的Mo卻有加速氮化的趨勢。XRD分析結果顯示,二元系合金氮化後表層皆以Fe3N和Fe4N為主,而內層則有AlN之形成,其中,AlN的生成是造成二元系合金氮化速率較純鐵慢的主因;另一方面,除添加2 at.%Nb及10at.%Mo在內層有形成NbN及MoN外,鐵-鋁基三元合金氮化後生成的氮化物與Fe-28Al相似,因此可知,NbN及MoN的生成是Fe-28Al-2Nb及Fe-28Al-10Mo合金氮化速率降低的主因。

The nitridation of behavior of Fe-Al based binary or ternary alloys (containing Fe-2, 10, 20, 28, 40 Al and Fe-28Al-2M where M=Mo, Cr, Nb or Y and Fe-28Al-10Mo, all in at.%) was studied over the temperature range 500∼700℃ in a H2/NH3/Ar gas mixture. The nitridation kinetics of Fe-Al based binary and ternary alloys followed the parabolic rate law, and the nitridation rates of Fe-Al binary alloys generally decreased with increasing Al content, and the kinetics inversion was observed between 600℃and 700℃ for pure Fe. The nitridation rates of Fe-28Al were significantly reduced by adding 2 at.% of Nb or 10 at.% Mo, but only slightly reduced by adding 2 at.% of Cr or Y. On the other hand, the nitridation rates of Fe-28Al were slightly increased by adding 2 at.% Mo. The nitrides formed on the surface of Fe-Al binary alloys consisted of mostly Fe4N and Fe3N, while amount of minor AlN was observed in the inner scale layer. It is believed that the formation of AlN is responsible for the reduction of nitridation rates of Fe-Al binary alloys, as compared to those of pure Fe. The nitrides formed on Fe-Al tenary alloys were strongly dependent on alloying elements, being similar to Fe-28Al for alloys contain 2 at.% Mo, Cr, and Y. However, slight amounts of NbN and MoN were detected on Fe-28Al-2Nb and Fe-28Al-10Mo, respectively, whose formation is responsible for the reduction of nitridation rates of Fe-28Al base ternary alloys.

總目錄
總目錄 ……………………….…………………………..… I
表目錄 ……………………….…………………………..… III
圖目錄 ……………………….…………………………..… IV
摘要 (中文)……………….…………………………..…. VII
摘要 (英文)……………….…………………………..…. Ⅸ
第一章 前言………………….…………………………..… 1
第二章 文獻回顧……………………….………………….. 4
第三章 實驗方法……………………….………………….. 9
3-1 合金備製………………….……………………….. 9
3-2 氮化實驗及試片顯微分析……….……………..… 10
第四章 實驗結果…………………………….…………….. 14
4-1 材料之組成……………………………………..…. 14
4-2 氮化動力學………………….……………..…..….. 14
4-3 Fe-Al系二元合金顯微組織的觀察與分析…...….. 34
4-3-1 短時間氮化實驗……….…………………... 45
4-3-2 白金指標實驗…………………...……….… 52
4-4 Fe-28Al系三元合金顯微組織的觀察與分析……. 52
4-4-1 短時間氮化實驗……….…………………... 85
4-4-2 白金指標實驗…………………...……….… 85
第五章 討論…………………………….………………….. 91
第六章 結論…………………………….………………….. 100
第七章 參考文獻……………………….………………….. 101
表目錄
表-1 Fe-Al合金之EDS成分分析(at%)………….….….... 15
表-2 純Fe 及Fe-Al基合金於H2/NH3/Ar混合氣氛下之氮化反應常數(g2cm-4sec-1)及其顯示性活化能(kJ/mole)………………………………………….…. 16
表-3 Fe-28Al於溫度700℃氮化3.8小時後的表面分析.. 50
表-4 各氮化物之標準生成自由能ΔGf°(KJ/mole)…...... 51
圖目錄
圖-1 Fe-N平衡相圖………………………………………. 5
圖-2 實驗設備圖…………………...……………………... 11
圖-3 純Fe與Fe-Al合金在NH3/H2/Ar不同溫度的重量變化量與時間平方根之關係圖(a)500℃, (b)550℃, (c)600℃(d)650℃, (e)700℃.....……………………... 17
圖-4 Fe-28Al與Fe-28Al系三元合金在NH3/H2/Ar不同溫度的重量變化量與時間平方根之關係圖(a)500℃, (b)550℃, (c)600℃, (d)650℃, (e)700℃..…..…… 22
圖-5 Fe-Al二元合金之氮化反應常數(log kp)與溫度倒數(1/T)的關係圖(Arrehenius polt).…………………. 28
圖-6 鐵-鋁二元系合金在H2/NH3 /Ar混合氣氛下,不同溫度的氮化常數與鋁含量的變化曲線圖………….. 29
圖-7 鐵-鋁三元合金之速率常數值對溫度倒數的Arrheniu圖…………………………………………... 30
圖-8 添加第三合金元素(Mo, Cr, Nb, Y)對Fe-28Al合金的腐蝕速率的影響…...…………………………... 31
圖-9 純鐵於溫度600℃氮化2.5小時(a)X-光繞射分析, (b)表面型態…………………………………….…... 35
圖-10 純鐵於溫度700℃氮化2小時(a)X-光繞射分析, (b)表面型態….…………..……………………………... 37
圖-11 Fe-2Al於溫度600℃氮化4.5小時(a)X-光繞射分析, (b)表面型態…………………...…………....……….. 38
圖-12 Fe-10Al於溫度700℃氮化3.4小時(a)X-光繞射分析, (b)表面型態……………………………….…….. 39
圖-13 Fe-20Al於H2/NH3/Ar混合氣氛下經不同溫度氮化後(a)於溫度600℃氮化4.5小時之表面XRD分析圖及(b)於溫度550℃氮化6.5小時, (c)於溫度600℃氮化4.5小時, (d)於溫度700℃氮化2.0小時之表面組織圖………………………………...………..…. 40
圖-14 Fe-28Al於溫度600℃氮化8.5小時後之逐層研磨X-光繞射分析圖…………….……………….…...…. 42
圖-15 Fe-28Al在H2/NH3/ Ar混合氣氛下氮化後的顯微組織(a)在500℃氮化15.4小時, (b)在600℃氮化8.5小時, (c) 在700℃氮化5.0小時……….…………... 43
圖-16 Fe-40Al在H2/NH3/Ar混合氣氛下,於溫度550℃氮化14.8小時後經X-光繞射之逐層分析圖……… 46
圖-17 Fe-40Al於550℃氮化14.8小時後(a)表面顯微組織, (b)橫截面圖及相關X-光元素分佈圖(c)Fe, (d)Al, (e)N…..……………………………………………… 47
圖-18 Fe-28Al於溫度600℃氮化15分鐘(a)X-光繞射分析, (b)表面型態………………………………..……. 53
圖-19 Fe-28Al經700℃氮化3.8小時後的橫截面圖及其白金位置…………………………………………….. 54
圖-20 Fe-28Al-2Mo在H2/NH3 /Ar混合氣氛下氮化後的顯微組織(a)在500℃氮化32.9小時, (b)在600℃氮化27.3小時, (c)在700℃氮化15.4小時…………… 55
圖-21 Fe-28Al-2Mo於溫度600℃氮化26小時後之逐層研磨X-光繞射分析圖….…………………………….... 57
圖-22 Fe-28Al-2Mo於500℃氮化33小時後(a)橫截面圖及相關X-光元素分佈圖, (b)Fe, (c)Al, (d)Mo, (e)N.. 58
圖-23 Fe-28Al-10Mo在H2/NH3/ Ar混合氣氛下氮化後的顯微組織(a)在500℃氮化77小時, (b)在600℃氮化23.6小時, (c)在700℃氮化19.2小時………………. 62
圖-24 Fe-28Al-10Mo於溫度600℃氮化23.6小時後之逐層研磨X-光繞射分析圖…………………..………... 64
圖-25 Fe-28Al-10Mo於600℃氮化23.6小時後(a)橫截面圖及相關X-光元素分圖, (b)Fe, (c)Al, (d)Mo, (e)N.. 65
圖-26 Fe-28Al-2Cr在H2/NH3/ Ar混合氣氛下氮化後的顯微組織(a)在500℃氮化110小時, (b)在600℃氮化53.2小時…………………………………………….. 68
圖-27 Fe-28Al-2Cr於溫度600℃氮化53小時後之逐層研磨X-光繞射分析圖…………………………………. 69
圖-28 Fe-28Al-2Cr於500℃氮化110小時後(a)橫截面圖及相關X-光元素分圖, (b)Fe, (c)Al, (d)Mo, (e)N….. 70
圖-29 Fe-28Al-2Nb在NH3/H2/Ar混合氣氛下氮化後的顯微組織(a)在500℃氮化330小時, (b)在600℃氮化53.2小時, (c)在700℃氮化34.2小時……………... 74
圖-30 Fe-28Al-2Nb於溫度600℃氮化53.2小時後之逐層研磨X-光繞射分析圖…………………………...….. 76
圖-31 Fe-28Al-2Nb於600℃氮化53.2小時後(a)橫截面圖及相關X-光元素分圖, (b)Fe, (c)Al, (d)Nb, (e)N.….. 77
圖-32 Fe-28Al-2Y在NH3/H2/Ar混合氣氛下氮化後的顯微組織(a)在500℃氮化97.8小時, (b)在600℃氮化24.8小時…………………………...………………… 80
圖-33 Fe-28Al-2Y於溫度650℃氮化20.5小時後之逐層研磨X-光繞射分析圖……………………...…….…. 81
圖-34 Fe-28Al-2Y於600℃氮化24.8小時後(a)橫截面圖及相關X-光元素分圖, (b)Fe, (c)Al, (d)Y, (e)N……. 82
圖-35 Fe-28Al-2Mo於溫度600℃氮化30分鐘後(a)X-光繞射分析, (b)表面型態…………….……………….. 86
圖-36 Fe-28Al-2Cr於溫度600℃氮化30分鐘後(a)X-光繞射分析, (b)表面型態…..……………………………. 87
圖-37 Fe-28Al-2Nb於溫度600℃氮化30分鐘後(a)X-光繞射分析, (b)表面型態……………….……………….. 88
圖-38 Fe-28Al-2Y於溫度600℃氮化30分鐘後(a)X-光繞射分析, (b)表面型態……………….……………….. 89
圖-39 (a)Fe-28Al-2Mo於溫度650℃氮化20.1小時後的橫截面圖, (b)Fe-28Al-2Y於溫度650℃氮化20.4小時後的橫截面圖……………………………………...... 90

七、參考文獻
1. G. C. Wood and F. H. Stott, Mat. Sci. and Tech. 3 (1987) 519.
2. J. F. Nachman and W. J. Buehier, Application, Properties, and Fabrication of Thermenol Type Alloys, NAVORD Report 4237, May 1956.
3. Hadfield, Journal of the Iron and Steel Institute, No.Ⅱ (1890) 161.
4. C. Skeyes and J. Bampfylde, Journal of the Iron and Steel Institute, 130 (1934) 389.
5. J. F. Nachman and W. J. Buehler, Application, properties, and Fabrication of Thermenol Type Alloy, NAVORD Report 4237, May 1956.
6. C. T. Liu, C. Fu, E. P. George, and G. S. Painter, ISIJ International, 31 (1991) 1192.
7. A. Fry, Stahlu. Eisen, 43 (1923) 1271.
8. C. G. Mckamey, V. K. Sikka, and G. M. Goodwin, in "Proceedings of the Seventh Annual Conference on Fossil Energy Material", ed. N. C. Cole and R. R. Judkins (1993) 161.
9. C. G. Mckamey, P. J. Maziasz, and J. W. Jones, “Effect of Addition of Molybdenum or Niobium on Creep-rupture Properties of Fe3Al” ,J. Mater. Res. 7 (1992) 2089.
10. D. L. Douglass, “A Critique of Internal Oxidation in Alloys During the Post-Wanger Era” ,Oxid. Met. 44 (1995) 81.
11. C. J. Wang and J. G. Duh, “The Effect of Gaseous Atmosphere and Pre-Treatment on the Oxidation-Nitridation of Fe-31Mn-9Al-6Cr-0.86C Alloy at 1000℃” ,Mater. Sci. Eng. 23 (1988) 2913.
12. C. J. Wang and J. G. Duh, “Nitriding in the high Temperature Oxidation of Fe-31Mn-9Al-6Cr Alloy” ,Mater. Sci. Eng. 23 (1988) 769.
13. H. J. Grabke, S. K. Iyer, and S. R. Srinivasan, “The Solubility of Nitrogen in Austenitic Iron-Manganese and Iron-Chromium Alloys”, Z. Metallkde. 66 (1975) 286.
14. C. Chen and D. L. Douglass, “The Internal-Nitridating Behavior of 310 Stainless Steel with and without Al and Ti Additions”,Oxid. Met. 34 (1990) 473.
15. 黃振賢,“金屬熱處理”文京圖書公司,十六版(1993) 188.
16. K. H. Jack, Proc. R. Soc. London, Ser. A. 195 (1948) 34.
17. G.Lagerberg and AKE Josefsson, “Influence of Grain Boundaries on the Behavior of Carbon and Nitrogen in α-Iron”, Acta Metall. 3 (1995) 236.
18. J.-J. Chen and S.-C. Chang, “The Formation of AlN in Austenitic Fe-Mn-Al Alloy at 1000℃” ,Mater. let. 7 (1988) 115.
19. W. S. Yang and C. M. Wan, “High Temperature Studies of Fe-Mn-Al-C Alloys with Different Manganese Concentrations in Air and Nitrogen” ,J. Mater. Sci. 24 (1989) 3497.
20. J. G. Duh and C. J. Wang, “Nitriding Kinetics of Fe-Al-Mn-Cr-C Alloys at 1000℃” ,J. Mater. Sci. 25 (1990) 2615.
21. K. Tjokro and D. J. Young, “Comparison of Internal-Nitridation Reactions in Ammonia and in Nitrogen ” , Oxid. Met. 44 (1995) 453.
22. B. Glesson, D. L. Douglass, and F. Gesmundo. “ A Comprehensive Investigation of the Sulfidation Behavior of Binary Co-Mo Alloys” ,Oxid. Met. 33 (1990) 425.
23. 黃榮潭, 國立台灣海洋大學材料工程研究所碩士學位論
文, 1997.
24. 姜東林, 國立台灣海洋大學材料工程研究所碩士學位論
文, 1999.
25. W. D. Callister, Jr, Materials Science and Engineering an Introduction, 5th edn. (2000) 1.
26. JANAF, Thermodynamical Tables, 3rd Ed. (American Chemical Society and American Institue of Physics for National Bureau of Standards, 1986).

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