几种高温合金及其防护涂层的高温腐蚀行为
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄粮 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-06-12 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 孙晓峰 |
| 关键词 | 高温合金 NiCrAlY 高温氧化 热腐蚀 碳化物 铼 电弧离子镀 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 本文采用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS) 和电感耦合等离子原子发射光谱（ICP-AES）等分析手段，研究了几种高温合金及其防护涂层的高温腐蚀行为。主要内容包括： ◇ Re对铸态镍基单晶高温合金高温腐蚀行为的影响 新型单晶高温合金中含有大量的难熔元素，特别是Re的添加，明显地提高了单晶高温合金的力学性能。但是，到目前为止，有关Re对单晶高温合金高温腐蚀性能影响的研究非常有限。为此，本文开展了含Re和不含Re单晶高温合金的高温腐蚀行为研究工作。结果表明：Re增加了铸态单晶高温合金中枝晶间和枝晶干区域的元素偏析。在恒温氧化条件下，含Re的DD32合金在1000和1100℃的氧化速率略高于不含Re的DD32M合金。截面分析显示，含Re的DD32合金在900、1000和1100℃氧化时生成了不均匀的氧化膜，枝晶干区域氧化膜很厚，还发生了内氮化；而不含Re的DD32M合金在1000和1100℃氧化时生成了均匀的相对较薄的氧化膜，没有发现内氮化物存在。Re的添加使单晶高温合金的抗循环氧化能力略有降低，特别是枝晶干区域氧化膜发生了严重的剥落。Re对单晶高温合金的抗高温热腐蚀性能有益，在一定程度上抑制了碱性熔融的发生。在热腐蚀过程中，Re氧化生成ReO2，由于ReO2是酸性氧化物，在熔盐中可能同Na2O发生反应，从而抑制了熔盐中碱度的升高。 ◇ NiCrAlYRe和NiCrAlY涂层的高温腐蚀行为 用电弧离子镀制备了NiCrAlY和NiCrAlYRe涂层。在恒温条件下，Re提高了NiCrAlY涂层的抗长期氧化性能。相对于NiCrAlY涂层，NiCrAlYRe涂层在900、1000和1100℃恒温氧化初期具有更高的氧化速率。但在1000和1100℃长期氧化后NiCrAlYRe涂层的氧化速率反而小于NiCrAlY涂层。在1000℃循环氧化过程中，NiCrAlY涂层的增重速率明显大于NiCrAlYRe涂层，Re提高了NiCrAlY涂层循环氧化抗力。在NiCrAlYRe涂层中，Re主要存在于-Cr相，Re促进了-Cr相在涂层中的析出，并提高了-Cr在长期氧化过程中的稳定性，特别在氧化膜/涂层界面上析出了大量富Re的-Cr。由于富Re的-Cr同-Al2O3具有极为接近的热膨胀系数，降低了氧化膜中的热应力，提高了NiCrAlY涂层表面氧化膜的抗剥落能力。添加Re明显提高了NiCrAlY涂层在900℃ Na2SO4+10wt.%K2SO4和Na2SO4+25wt.%NaCl两种介质中的抗热腐蚀性能，在一定程度上抑制了碱性熔融的发生。 ◇ SRR99镍基单晶高温合金的高温腐蚀行为 SRR99合金在900℃恒温氧化时存在明显的不均匀氧化。在枝晶干区域，氧化膜较厚，分为三层。外层主要为Cr、Ni、Ti的氧化物，其下是Cr2O3中间层，而内层氧化膜富Cr、Ti和Ta。在氧化膜下面的基体中，生成了不连续的内氧化物层（Al2O3），其下还存在着大量的内氮化物：靠近Al2O3的是AlN和TiN，而在更深处的合金中却只有TiN存在。合金枝晶间区域氧化膜分为三层：外层氧化膜富Cr并含有少量的Ni，中间层很薄，富Cr、Al、Ta和Ti，而内层为-Al2O3。SRR99合金在1000℃氧化300小时后，仍然存在不均匀氧化。枝晶干区域氧化膜较厚，分为四层：外层为Ni、Cr和Ti的氧化物，第二层为Cr2O3，第三层为富Cr、Ta、Ti和Al的氧化物，其下为不连续的Al2O3内层。而在氧化膜下的基体中存在着大量的颗粒状TiN。随着氧化时间的延长，内层Al2O3颗粒逐渐长大，并横向生长，形成连续的Al2O3膜。而合金枝晶间区域氧化膜分为三层：外层氧化膜富Cr并含有少量的Ni，中间层很薄，富Cr、Al、Ta和Ti，而内层为-Al2O3。SRR99合金在1100℃氧化时表面生成了均匀的氧化膜，氧化膜分为三层：外层为NiCr2O4、NiTiO3和NiAl2O4的混合物，中间层主要为(Al,Cr)TaO4并含有少量的Ti，内层为-Al2O3。SRR99合金中共晶氧化后不仅在表面形成了TiO2瘤状物，而且在其下面的基体中生成了大量的TiN。SRR99合金在1000℃空气中具有较好的循环氧化抗力，但合金内产生了大量的内氮化物（AlN和TiN）和内氧化物(Al2O3)。SRR99合金在Na2SO4+10wt.%K2SO4中热腐蚀时存在明显的孕育期，但随着腐蚀时间的延长，合金发生了严重的热腐蚀。而SRR99合金在Na2SO4+25wt.%NaCl中从一开始就发生快速腐蚀，表面生成了疏松多孔的氧化膜，而内部则发生了严重的内硫化。 ◇ DZ951镍基定向高温合金的高温腐蚀行为 DZ951合金在900-1100℃具有良好的恒温氧化性能，氧化动力学表现为两段式。900℃，氧化膜厚度不均匀，有些区域氧化膜很薄，由富Al氧化物构成；而在另一些区域，氧化膜很厚，从表面向合金内部依次为： NiO外层、富(Ni,Co)(Cr,Al)2O4和NbCr2O4中间层、-Al2O3内层。在氧化膜下的基体中没有观察到内腐蚀产物。1000-1100℃,合金生成了均匀的氧化膜。进入稳态氧化阶段后,氧化膜由尖晶石外层和a-Al2O3内层构成。随氧化时间的延长，外层尖晶石氧化物不断剥落，氧化膜主要由a-Al2O3构成。在氧化膜下的基体中没有观察到内腐蚀产物。DZ951合金在1000℃空气中循环氧化1100次后没有表现出失重，但合金内却生成了大量的针状和片状AlN，这些氮化物沿特定方向析出，且生长动力学呈线性规律。DZ951合金在900℃Na2SO4+10wt.%K2SO4和Na2SO4+25wt.%NaCl介质中暴露5小时即发生快速腐蚀，表面生成了疏松的氧化膜，内部则发生了严重的内硫化。铸态DZ951合金在晶界和枝晶间区域存在着大量的MC型碳化物（M主要为Nb并含有少量的Cr和W）。在氧化过程中，碳化物氧化速率远远高于合金基体。而在循环氧化条件下，氧化的碳化物成为了内氮化的短路通道。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 130 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16936]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄粮. 几种高温合金及其防护涂层的高温腐蚀行为[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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