Influence of yttrium as alloying element on the oxidation at 1100°C of a model alumina-forming alloy

In order to study the effect of yttrium as an alloying element, 0.093 wt% yttrium was incorporated into the model Fe-20Cr-5Al alloy to give the FeCrAl-0.1Y substrate. During isothermal oxidation and thermal cycling tests, we have observed that yttrium has a beneficial effect on the oxidation behavior in air at 1100°C. In situ X-Ray diffraction allowed to demonstrate that yttrium favors a preferential crystallographic orientation of the α-Al2O3 scale. Glancing angle X-ray diffraction on a sample oxidized during 1000 hours under thermal cycling conditions indicates that yttrium is located at the internal interface as Y3A15O12. We think that the beneficial effect of yttrium on high temperature oxidation of the model alloy is due to its location at the internal interface and to the new crystallographic structure of the scale induced by the presence of Y3Al5Ol2

In situ analysis of the oxide scale formed on yttrium-treated austenitic stainless steels

The influence of yttrium addition on the oxidation behavior of a 304 stainless steel was studied at 1000°C up to 125 h in air under isothermal conditions. Two modes of introduction of the reactive element were studied, ion implantation and sol-gel coating. The thermo-gravimetric results show in both cases a significant reduction of the scale growth rate. The treated surface and the corrosion products formed were characterized by means of high temperature in-situ XRD. In-situ X-ray diffraction technique reveals that the reduced oxidation rate is owing to the inhibition of the iron-rich oxides growth. Our results show that yttrium induces the intensive formation of a continuous chromia rich layer at the oxide-metal interface which acts as a diffusion barrier for iron

Effect of yttrium ion implantation on the oxidation of alumina formers at 1173 K

The effect of yttrium implantation on the oxidation behaviour of a commercial alumina forming FeCrAl alloy (Kanthal A1) has been investigated during isothermal exposures in air at 1173 K. The kinetic curve of the undoped specimen exhibits an initial transient stage during the first 6 hours, followed by a parabolic regime. The scale growth kinetics of the yttrium-implanted alloy obeys a parabolic rate law with two subsequent stages with a much lower rate constant during the second stage. Kinetic results indicate that yttrium implantation significantly reduces the growth rate of the oxide scale. In situ X-ray diffraction reveals a marked influence of the reactive element on the composition of the oxide scale. Yttrium suppresses the formation of transition alumina and promotes the growth of α-Al2O3, thereby leading to the earlier formation of a protective oxide scale

Étude de l'effet du magnésium sur l'oxydation à haute température (1100∘^{\circ}C-1200∘^{\circ}C) d'un alliage FeCrAl avec misch-métal

L'étude de l'oxydation isotherme et cyclique à 1100$^{\circ}$C et 1200$^{\circ}$C sous air d'un alliage FeCrAl-Ce,La a été effectuée en tenant compte du magnésium présent en tant qu'impureté dans l'alliage. L'analyse par diffraction des rayons X in situ a montré que la phase majoritaire qui constitue la couche d'oxyde est l'alumine-$\alpha$ avec une phase minoritaire MgAl$_{2}$O$_{4}$ qui commence à apparaître dés la deuxième heure d'oxydation. L'analyse EDXS des sections transversales a montré que le magnésium est localisé à la surface externe de la couche d'oxyde. Ceci conduit à la formation de porosité à l'interface externe sans toutefois affecter la partie interne de la couche qui reste compact ce qui explique que nous avons toujours une couche montrant un caractère protecteur à haute température

Application de la diffraction des rayons X in situ à haute température pour l'identification d'une nouvelle phase lors de l'oxydation à 900∘^{\circ}C de l'acier 304

Une nouvelle interprétation du comportement atypique couramment appelé "breakaway" observé lors de l'oxydation à haute température d'alliages chromino-formeurs est proposée grâce à l'utilisation de la diffraction des rayons X in situ à haute température. L'acier chromino-formeur AISI 304 doit établir une couche d'oxyde superficielle généralement dense et majoritairement, constituée de chromine, dont la vitesse de croissance est lente, afin d'assurer sa protection contre la corrosion à haute température. Cette faible vitesse de croissance de la couche d'oxyde est effectivement observée à 1000$^{\circ}$C. Elle serait favorisée par l'établissement d'une couche de chromine induite par la présence d'une sous-couche continue de silice à l'interface interne. Cette dernière limiterait la diffusion du fer. Le phénomène du "breakaway" est observé à la température de 900$^{\circ}$C après 40 heures d'oxydation. Ce phénomène serait lié à la croissance initiale d'oxydes contenant du fer. L'oxyde Fe$_{7}$SiO$_{10, }$a été identifié$_{ }$pour la première fois grâce à la technique de diffraction des rayons X in situ à haute température. Cet oxyde semble piéger le silicium dans la couche d'oxyde, empêchant son accumulation à l'interface interne et la formation d'une couche continue de silice

In situ X-ray diffraction contribution to the study of reactive element oxide coating effect on the high temperature oxidation behaviour of FeCrAl alloys

The influence of yttrium oxide coating (processed by sol-gel method) on the oxidation behaviour of a commercial FeCrAl alloy (Kanthal A1) has been investigated during isothermal exposures in air at 1373K. The scale growth kinetic of the uncoated alloy obeys a parabolic rate law during the whole oxidation test whereas the kinetic curve of the Y-coated specimen exhibits an initial transient stage during the first hours, followed by a parabolic regime. The yttrium sol-gel coating deposited on the bare alloy does not conduct to the beneficial effect usually ascribed to the reactive elements. No oxidation rate improvement of the coated alloy is observed, the parabolic rate constants values are strictly identical for the both specimens. In situ X-ray diffraction reveals a marked influence of the reactive element on the composition of the oxide scale. The oxide layer formed on the yttrium-coated specimen revealed, in addition to $\alpha$-alumina which is the main oxide also identified on the bare specimen, the presence of yttrium aluminates (YAlO$_{3}$, Y$_{3}$Al$_{5}$O$_{12}$) located in the outermost part of the layer

Effets du titane et du niobium sur l'oxydation à 950∘^{\circ}C d'aciers ferritiques

Nous avons étudié l'effet du titane et du niobium sur l'oxydation à 950$^{\circ}$C d'un acier Fe-Cr chrominoformeur. La DRX in situ montre que le titane semble s'oxyder en formant Cr$_{2}$TiO$_{5}$ et TiO$_{2}$ qui contribuent à une augmentation de la prise de masse des échantillons. Une partie du titane issu de ces oxydes semble doper la couche de chromine. Sa présence augmente la concentration en lacunes cationiques dans la chromine et augmente donc la diffusion du chrome dans la couche. Nous avons aussi montré que le niobium n'a pas d'influence sur l'oxydation de ce type d'acier à 950$^{\circ}$C