超声喷丸诱导梯度纳米结构提升254SMo超级奥氏体不锈钢焊缝的高温抗氧化性能

为解决254SMo超级奥氏体不锈钢焊缝在高温下因MoO3 生成导致的氧化失效问题，研究人员通过超声喷丸（USP）技术制备梯度纳米结构，系统探究了700-900°C下的氧化行为。结果表明，USP处理使氧化反应速率常数降低55%-63.8%，并促进Cr2 O3 保护膜形成，为高温工况材料防护提供了新策略。

　　

在能源与石化领域，254SMo超级奥氏体不锈钢因其优异的耐蚀性和焊接性被广泛应用于焚烧发电系统等关键设备。然而，其高钼含量在超过MoO₃
熔点（约795°C）的高温环境中会引发灾难性氧化，而焊接过程引入的组织不均进一步加剧了材料失效风险。传统解决方案如添加稀土元素或表面涂层存在成本高、热稳定性差等局限，亟需开发经济高效的表面改性技术。

针对这一挑战，重庆科技大学的Xincheng Xie团队在《Ultrasonics》发表研究，创新性地采用超声喷丸（Ultrasonic Shot Peening, USP）技术对254SMo激光焊缝进行表面强化。通过高能冲击诱导梯度纳米结构形成，系统考察了700-900°C下的氧化动力学行为，揭示了晶界密度增加促进Cr元素扩散的抗氧化机制。

研究采用激光焊接制备254SMo接头样本，经USP处理后结合SEM、XRD等技术表征表面形貌与残余应力，通过高温氧化实验测定氧化增重曲线。关键发现包括：1）USP处理形成最大深度38.5μm的变形层，表面残余压应力达-496.37MPa；2）纳米晶界加速Cr₂
O₃
成膜，700°C时氧化速率降低61.3%；3）900°C下MoO₃
挥发仍导致氧化加剧，但氧化膜厚度减少63.8%。

结论部分指出，USP通过三重协同效应提升抗氧化性：塑性变形致密的表层组织阻碍氧扩散；残余压应力抑制裂纹扩展；纳米晶界为Cr元素提供快速扩散通道。该研究为高温服役焊接构件的表面强化提供了新思路，其工艺参数（频率20kHz、处理时间15min）对工业应用具有直接指导价值。值得注意的是，研究团队在讨论中特别强调，未来需针对不同温度区间优化USP参数，以平衡MoO₃
挥发与Cr₂
O₃
保护的竞争效应。