高钼无碳高速钢的非灾难性氧化机制揭秘：多尺度表征揭示稳定钼酸盐相的关键作用

本研究通过多尺度表征技术，揭示了含钼量高达15 wt%的Fe-Co-Mo（FCM）高速钢在650-800°C氧化过程中形成独特三层结构（OOL/IOL/IOZ）的机制，突破性发现连续β-FeMoO4层可原位消耗MoO3并作为选择性扩散屏障，挑战了高钼合金必然发生灾难性氧化的传统认知，为高钼合金设计提供了新思路。

　　

Highlight

突破性发现：含15 wt%钼的无碳高速钢在800°C高温下展现出反常的抛物线型氧化动力学，成功规避了高钼合金典型的灾难性氧化行为。

Material preparation

研究采用粉末冶金法制备Fe-25Co-15Mo（wt%）马氏体时效钢：将粒径<6μm的高纯羰基铁粉、还原钴粉和钼粉经72小时球磨混合，真空干燥后冷等静压成型，最终在氩气保护下进行1260°C/1h固溶处理。这种制备工艺确保了材料的均匀性和高致密度。

Microstructure

氧化前FCM钢呈现典型的α-Fe相基体（图1c），含少量未溶解的μ相（Mo-rich）。有趣的是，EBSD分析显示该材料具有<111>丝织构特征，这种特殊晶体取向可能影响后续氧化过程中的离子扩散行为。

Discussion

当温度超过570°C时，传统纯铁会形成Fe₂O₃/Fe₃O₄/FeO三层结构（厚度比1:4:95）。但本研究发现FCM钢形成了革命性的三层结构：外层氧化物层（OOL）呈现CoFe₂O₄-Fe₂O₃-CoFe₂O₄"三明治"构型且完全不含FeO；连续β-FeMoO₄内氧化层（IOL）像智能门卫般选择性抑制Co的外扩散；内部氧化区（IOZ）则散布着Fe₂Mo₃O₈颗粒。这种独特结构使材料获得"钢铁侠"般的抗氧化盔甲。

Conclusion

本研究颠覆了高钼合金必然发生灾难性氧化的传统认知，揭示β-FeMoO₄层的原位形成是关键机制：1）该层像化学捕手般消耗有害的MoO₃；2）作为离子筛选择性阻隔Co扩散；3）抑制FeO稳定化。这些发现为设计新一代耐高温钼合金提供了分子级调控策略。