Published October 1983 | Version v1
Journal article

Radiotracer studies of carbon permeation through oxide scales on commercial high temperature alloys and model alloys

  • 1. Max-Planck-Institut fuer Eisenforschung G.m.b.H., Duesseldorf (Germany, F.R.)

Description

Chromia- and alumina-forming commercial high temperature alloys and model alloys were preoxidized at 900 or 10000C in H2-H2O at a low oxygen potential. The oxide layers were characterized by different methods. The carbon permeation through the oxide layers was studied by exposing the preoxidized specimens to an atmosphere CO-CO2-H2-H2O, tagged with radiocarbon, for long time. The carbon was detected by stepwise polishing and measuring the radioactivity. A slow carbon ingress occurs through chromial layers, differences in the potential by the oxide scale could be tested by the radiotracer method for the different alloys. The alumina layer on Fe-6Al is not protective, but no carbon ingress could be detected for an alloy Fe-6Al-0.5Ti. Autoradiography, AES and X-ray structure analysis showed the presence of Ti(O,C) beneath the outer Al2O3-layer. The oxicarbide improves the nucleation and adherence of the Al2O3 and prohibits the carbon penetration. The results were confirmed by gravimetric experiments, after preoxidation samples were exposed to CO-CO2-H2-H2O at high carbon activity (asub(c) = 1.02), carburization and graphite deposition were retarded or prohibited by dense and well adherent oxide layers. (orig.)

Abstract (German)

Gebraeuchliche Hochtemperaturlegierungen und Modellegierungen, die Chromoxid- oder Aluminiumoxid-Schichten bilden, wurden bei 900 oder 10000C in H2-H2O bei niedrigem Sauerstoffdruck voroxidiert. Die Oxidschichten wurden mit verschiedenen Methoden charakterisiert. Die Kohlenstoffpermeation durch die Oxidschichten wurden untersucht, indem die voroxidierten Proben langzeitig einer mit radioaktivem Kohlenstoff indizierten CO-CO2-H2-H2O-Atmosphaere ausgesetzt wurden. Der aufgenommene Kohlenstoff wurde nachgewiesen durch die Radioaktivitaetsmessung bei schrittweiser Abtragung durch Laeppen. Durch die Cr2O3-Schichten erfolgt eine langsame Kohlenstoffaufnahme - die radioaktive Methode erlaubt es, die Unterschiede der schuetzenden Wirkung von Oxidschichten auf den verschiedenen Legierungen zu bestimmen. Die Al2O3-Schicht auf Fe-6%Al wirkt nicht schuetzend, aber bei der Legierung Fe-6%Al-0,5%Ti konnte ueberhaupt keine Kohlenstoffaufnahme festgestellt werden. Autoradiographie, AES und Roentgenstrukturanalyse zeigten, dass unterhalb der aeusseren Al2O3-Schicht Ti(O,C) vorliegt. Dieses Oxidcarbid verbessert die Keimbildung und Adhaesion des Al2O3 und verhindert das Eindringen von Kohlenstoff. Die Ergebnisse wurden noch durch gravimetrische Experimente bestaetigt. Die gleichen voroxidierten Legierungen wurden einer stark aufkohlenden CO-CO2-H2-H2O Atmosphaere bei hoher Kohlenstoffaktivitaet (asub(c) = 1,02) ausgesetzt - die Aufkohlung und Graphitabscheidung war gehemmt oder verhindert bei Bildung dichter und gut haftender Oxidschichten. (orig.)

Additional details

Publishing Information

Journal Title
Werkst. Korros.
Journal Volume
34
Journal Issue
10
Series
CODEN: WSKRA.;Werkst. Korros.
Journal Page Range
495-500
ISSN
0043-2822