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耐热钢和高温合金在高温下具有良好的的高温强度、抗氧化、抗热腐蚀、抗热疲劳等性能，是国民经济发展及国防建设不可或缺的关键材料。但是在高温含碳气氛中（如烃类蒸汽热裂解、航空煤油裂解气氛），几乎所有的耐热钢和高温合金都而临着表面结焦的问题，并常伴随着渗碳。切实可行的抑制合金表面结焦是提高含碳气氛下高温设备的工作效率及安全性能的的重要途径。本文首先研究了不同氧化条件下耐热钢HP40和高温合金GH605材料表面氧化规律，并将低氧分压下选择性氧化应用于制备合金表面尖晶石层;分析了直接氧化制备的尖晶石层的不足，提出扩渗预处理技术;研究了尖晶石层在不同的含碳气氛中的抗碳化与抑制结焦性能。主要的研究内容与创新结果如下: (1)开展H2-H2O气氛下钴基高温合金GH605表面尖晶石层高温氧化制备研究，当氧化温度为1100℃时合金表面形成性能优异的尖晶石层。发现氧化温度低于1000℃时，氧化层表面主要呈片状结构，当温度高于1000℃时，表面呈均匀的颗粒状结构。 (2)理论分析了主要合金元素的氧化热力学行为，实验研究了氧分压对耐热钢HP40氧化行为的影响。研究发现在低氧分压高温氧化时，氧化物形成元素主要通过晶界向表面扩散，氧化物优先产生于晶界。氧化层与基体的界面有H的富集，但随着氧化时间增加H含量逐渐减少。1050℃下氧化10h后，表面形成较为均匀致密的尖晶石层。 (3)提出Mn-Cr两步扩渗和Cr-Mn共扩渗预处理工艺使耐热钢HP40合金表面富含Mn、Cr元素，显著改善了氧化层的性能。扩渗预处理后经低氧分压氧高温氧化形成的尖晶石层厚度从原来的2μm左右均增加到7μm，片状结构消失，Mn-Cr两步扩渗预处理后合金表面形成的氧化层呈八面体结构，而Cr-Mn共扩渗预处理后合金表面形成的氧化层呈细小颗粒状结构。 (4)研究了耐热钢HP40和高温合金GH605表面尖晶石层的抗渗碳性能。在常用渗碳气氛（1050℃、2％CH4+98％H2气氛）中该尖晶石层对合金的碳化腐蚀有明显的抑制作用。 (5)模拟石脑油蒸汽热裂解和航空煤油裂解工艺条件，研究了尖晶石层对燃料裂解结焦的影响，结果表明尖晶石层能显著抑制材料表面催化结焦。合金表面尖晶石层与硫磷抑制剂对石脑油蒸汽热裂解结焦有协同抑制作用，但硫磷抑制剂加入量存在最佳值，抑制率最高可达78.2％。