High-temperature oxidation of selected complex concentrated alloys

Abstract

The increasing industry demands give rise to a continuous call for materials with an improved combination of mechanical and oxidation properties. Recently developed Complex concentrated alloys - alloys consisting of multiple elements in near-equiatomic ratios - may fulfill these criteria. One of the promising group of these alloys comprises base FeAlCr and other alloying elements such as vanadium, nickel or cobalt. In this study, we focused on the detailed characterization of the microstructure and high-temperature oxidation of FeAlCr-Ni-V alloys with vari- ous content of nickel and vanadium. We have found out that investigated alloys FeAlCrNiV and FeAlCrNi exhibit promising BCC/B2 microstructure, possibly providing a preferable combination of ductility and strength. However, our fin- dings have shown that vanadium, even in a reduced amount, deteriorates oxi- dation resistance of the materials and leads to the formation of complex mul- tilayered oxide scale. Presumably, the formation of V2O5 impairs alumina and chromia scale and limits the formation of more protective scales. Generally, this study also reveals limitations in the characterization of complex oxide scales and presents the complexity of the oxidation process of Complex concentrated alloys.

Neustálý technický pokrok vede k poptávce po materiálech kombinujících vý- borné mechanické i oxidační vlastnosti. Nově vyvinuté slitiny tvořené mnoha prvky v ekviatomárním nebo blízkém poměru, takzvané komplexní koncentrované slitiny, by mohly dostát těmto požadavkům. Jedna z nadějných skupin těchto sli- tin je založena na bázi FeAlCr doplněné dalšími prvky, například vanadem, niklem nebo kobaltem. Předložená práce se zaměřuje na detailní studium mikrostruk- tury a vysokoteplotní oxidaci slitin ze skupiny FeAlCr-Ni-V s různým obsahem niklu a vanadu. Zjistili jsme, že studované slitiny FeAlCrNiV a FeAlCrNi mají mikrostrukturu tvořenou fázemi BCC a B2, která by mohla zajistit dostatečnou pevnost i tažnost zároveň. Nicméně se ukázalo, že vanad, a to i v malém množství, vylučuje dobrou oxidační odolnost a způsobuje vznik komplexní oxidické vrstvy. Pravděpodobně dochází ke vzniku oxidu V2O5, který narušuje oxidy hliníku a chromu a zabraňuje tak vzniku souvislé ochranné vrstvy. Tato práce také uka- zuje omezení spojená s charakterizací komplexních oxidických vrstev a nastiňuje složitý proces oxidace komplexních koncentrovaných slitin.