The improvement of the high-temperature oxidation resistance remains an ambitious goal for the design of new γ/γ′-strengthened Co-base superalloys, since their oxidation resistance beyond 800 °C still ranks behind their Ni-base counterparts. To better understand the origin of the poor oxidation resistance at higher temperatures, this study focuses on early stages of oxidation of four quaternary (Co-Al-W-Ta system) Co-base model alloys with a two-phase γ/γ′-microstructure and varying γ′-volume fraction at 800 °C, 850 °C and 900 °C. Based on time-resolved isothermal gravimetric analysis (TGA) in synthetic air and detailed electron microscopic analysis, the role of the γ-channel width (or γ′-volume fraction), the surface preparation prior to exposure (polishing versus shot-peening), and the heating conditions (synthetic air versus argon) on protective alumina growth is elucidated. Firstly, for alloys of increased γ′-volume fractions slower oxidation kinetics prevailed. Secondly, the two-phase microstructure was found to decisively affect the propagation of the internal oxidation front at the early stages of oxidation. Thirdly, shot-peening prior to exposure together with a lack of oxygen availability during heating was identified to foster protective alumina growth, accompanied by TCP-phase formation in the substrate. The critical role of a high Al availability in the alloy for a rapid growth of protective alumina and the relating challenges in alloy development regarding, for example, phase stability in this relatively novel Co-base alloy class are discussed in detail.

中文翻译：

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具有γ/γ'-微观结构的含Ta四元钴基模型合金体系的高温氧化行为-γ'-体积分数、表面状态和加热条件对氧化铝生长的影响

提高高温抗氧化性仍然是设计新型 γ/γ' 增强 Co 基高温合金的雄心勃勃的目标，因为它们在 800°C 以上的抗氧化性仍然落后于 Ni 基高温合金。为了更好地了解在较高温度下抗氧化性差的原因，本研究重点研究了具有两相 γ/γ'- 的四种四元（Co-Al-W-Ta 系统）Co 基模型合金的氧化早期阶段。在 800 °C、850 °C 和 900 °C 下的微观结构和不同的 γ'-体积分数。基于合成空气中的时间分辨等温重量分析 (TGA) 和详细的电子显微镜分析，γ 通道宽度（或 γ' 体积分数）的作用、曝光前的表面处理（抛光与喷丸处理） , 并阐明了保护性氧化铝生长的加热条件（合成空气与氩气）。首先，对于增加 γ'-体积分数的合金，较慢的氧化动力学占优势。其次，发现两相微观结构在氧化的早期阶段决定性地影响内部氧化前沿的传播。第三，暴露前的喷丸处理以及加热期间氧气供应不足被确定为促进保护性氧化铝生长，同时在基材中形成 TCP 相。详细讨论了合金中高铝可用性对保护性氧化铝快速生长的关键作用以及合金开发中的相关挑战，例如，这种相对较新的钴基合金类别的相稳定性。对于γ'-体积分数增加的合金，较慢的氧化动力学占优势。其次，发现两相微观结构在氧化的早期阶段决定性地影响内部氧化前沿的传播。第三，暴露前的喷丸处理以及加热期间氧气供应不足被确定为促进保护性氧化铝生长，同时在基材中形成 TCP 相。详细讨论了合金中高铝可用性对保护性氧化铝快速生长的关键作用以及合金开发中的相关挑战，例如，这种相对新颖的钴基合金类别的相稳定性。对于γ'-体积分数增加的合金，较慢的氧化动力学占优势。其次，发现两相微观结构在氧化的早期阶段决定性地影响内部氧化前沿的传播。第三，暴露前的喷丸处理以及加热期间氧气供应不足被确定为促进保护性氧化铝生长，同时在基材中形成 TCP 相。详细讨论了合金中高铝可用性对保护性氧化铝快速生长的关键作用以及合金开发中的相关挑战，例如，这种相对新颖的钴基合金类别的相稳定性。发现两相微观结构在氧化的早期阶段决定性地影响内部氧化前沿的传播。第三，暴露前的喷丸处理以及加热期间氧气供应不足被确定为促进保护性氧化铝生长，同时在基材中形成 TCP 相。详细讨论了合金中高铝可用性对保护性氧化铝快速生长的关键作用以及合金开发中的相关挑战，例如，这种相对较新的钴基合金类别的相稳定性。发现两相微观结构在氧化的早期阶段决定性地影响内部氧化前沿的传播。第三，暴露前的喷丸处理以及加热过程中缺乏氧气可促进保护性氧化铝的生长，同时在基材中形成 TCP 相。详细讨论了合金中高铝可用性对保护性氧化铝快速生长的关键作用以及合金开发中的相关挑战，例如，这种相对新颖的钴基合金类别的相稳定性。