Fe-13Cr-4.5Al氧化物弥散强化合金在1100℃干湿空气中的长期氧化行为：氧化膜微观结构演变与生长机制解析

（编辑推荐）本研究通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术，揭示了FeCrAl-ODS合金在1100℃干/湿空气（25%水蒸气）中长达3000小时的氧化动力学双相效应：水蒸气初期加速氧化但后期促进α-Al2O3致密化，显著改善核用耐事故燃料（ATF）包壳材料的长期抗氧化性能。

　　

Highlight

水蒸气通过增强Al³⁺和O^2-的晶界扩散速率，显著降低FeCrAl-ODS合金的长期氧化速率，促进致密α-Al₂O₃多面体形成。

Microstructural evolution of oxide scales under different environments

在1100℃干/湿空气中，氧化膜呈现截然不同的形貌特征：干空气环境产生多孔且复杂的针状/层状结构，而湿润环境则形成致密等轴多面体α-Al₂O₃（扫描电镜SEM证实）。随着氧化时间延长，湿润条件下的氧化膜孔隙率降低46%，展现出"自愈合"特性。

Effects of water vapor on pore formation and evolution in the oxide scale

水蒸气使氧化初期（0-192小时）膜厚增加40%（干空气4.25±0.66 μm vs 湿空气5.94±0.71 μm），但3000小时后两者厚度趋同（干空气14.13±1.5 μm vs 湿空气14.03±2.61 μm）。透射电镜（TEM）显示水蒸气环境促使氧化膜晶粒尺寸减小38%，这是致密化速率提升的关键因素。

Conclusions

1. 1.

   水蒸气通过改变元素扩散路径实现氧化膜长期稳定化；

2. 2.

   湿润环境抑制Cr₂O₃挥发并促进θ→α相变；

3. 3.

   氧化速率常数在湿润环境中更高，但后期增厚减缓（电子探针EPMA验证）。这些发现为核用包壳材料设计提供了关键理论支撑。