微观结构对镍基高温合金腐蚀行为影响的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘莉 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-10-09 |
| 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 | 王福会 |
| 关键词 | 腐蚀 Ni基高温合金 单晶合金 纳米化 |
| 其他题名 | The Influence of Micro-structure on a Ni-based Super alloy’s Corrosion Behaviors |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 本文根据镍基高温合金在不同使役环境中可能遭受的各种腐蚀形式，选择常温电化学腐蚀、盐和水蒸气协同作用下的中温腐蚀以及高温氧化三种腐蚀环境，针对三种微观结构（单晶、多晶及纳米晶）的镍基高温合金的常温电化学腐蚀和高温腐蚀行为进行了详细研究，为研究上述三种微观结构材料在盐和水蒸气协同作用下的中温腐蚀，同时对相应的电化学测试技术进行了初步探索。本文较为全面地阐明了三种材料在各腐蚀环境中的腐蚀行为，为进一步改善镍基合金的抗腐蚀性能提供了必要的理论依据。 在常温电化学腐蚀方面，对三种材料在酸性不含有氯离子溶液中的研究结果表明，三种不同微观结构的镍基高温合金（单晶、多晶及纳米晶）具有相近的腐蚀行为；当溶液中含有侵蚀性氯离子时，三种材料呈现出不同的腐蚀行为。氯离子在纳米晶表面的吸附量显著小于其在单晶和多晶表面的吸附量，大量吸附的氯离子参与了单晶和多晶表面钝化膜的形成，并导致了其钝化膜半导体类型的转变，由原有的p型转变成n型。半导体类型的转变和氯离子的掺杂降低了单晶和多晶合金的抗腐蚀能力，生成具有不含氯离子的p型半导体膜的纳米晶涂层则具有更强的抗腐蚀能力。在酸性体系中，纳米化提高镍基高温合金的抗Cl离子腐蚀能力。 在酸性含氯离子体系中，研究发现溅射纳米晶涂层的抗腐蚀能力随晶粒尺寸减小而提高。对三种不同晶粒尺寸的纳米晶涂层钝化膜内载流子的扩散系数进行理论计算，从理论上说明了三种纳米晶涂层的抗腐蚀能力的大小。实验结果表明晶粒尺寸的减小会降低氯离子表面吸附量、利于元素扩散促进致密钝化膜的形成及提高钝化膜的自修复能力。因此，随材料晶粒尺寸的减小，材料的抗腐蚀能力提高。 三种材料在3.5%NaCl溶液中表面生成的钝化膜的成分和致密性严重影响了材料的抗腐蚀能力。多晶合金表面生成的含有较多NiO，并且致密性最差的钝化膜的抗腐蚀能力在三种材料中最差。单晶合金表面形成的含有较少NiO，致密性较好的钝化膜对Cl离子有一定的阻挡作用，因此其抗腐蚀能力其次。纳米晶涂层表面形成的不含NiO，致密性最好的钝化膜有效抵御Cl离子的侵蚀，其抗腐蚀能力最强。材料的微观结构影响了表面钝化膜生成机制，导致形成不同成分的钝化膜，而且对钝化膜后期生长过程也有影响，导致生成钝化膜的致密性的严重差别。这些因素严重影响了材料的腐蚀行为。 在盐和水蒸气协同作用下的中温腐蚀中，首先利用测量电偶电流的方法证明在盐和水蒸气协同作用中存在电化学反应，从而在实验上证实了前人提出的观点。而后探索了适当的电化学测试方法。交流阻抗测量结果显示阻抗谱只存在一个反映氧化物层的低频容抗弧，测量所得的电阻和电容值会随着反应时间和反应气氛的变化而变化，其中氧化物电阻能够反映腐蚀速度，氧化物电容能够反映腐蚀过程，进而证明交流阻抗技术可以在该领域应用。该部分实验结果不仅证实在中等温度NaCl和水蒸气协同作用下存在电化学反应，也探索出一种可以测量这种电化学反应的有效方法，为以后的研究工作提供前提条件。 在高温氧化研究方面，三种材料在1000℃恒温氧化研究结果显示，多晶合金抗氧化能力最差，单晶其次，纳米晶最好。单晶合金形成较均匀的氧化层，并且最内层最终形成连续的Al2O3层，对合金的氧化起到了有效的保护作用。多晶合金表面形成不均匀氧化物，并且发生严重内氧化，导致氧化增重随时间增加而不断增加，抗氧化能力降低。纳米晶涂层提供大量的扩散通道，有效降低Al2O3的形成临界含量，使表面初期就形成连续的Al2O3层，有效提高合金的抗氧化能力。循环氧化结果表明，循环氧化后，单晶合金氧化物脱落，但有连续Al2O3层生成，有一定的抗循环氧化能力。不均匀氧化降低多晶合金的抗循环氧化能力。纳米晶涂层表面Al2O3层具有较好的黏附性，因此其抗循环氧化能力也很强。在水蒸气中，单晶合金表面生成大量Cr2O3，H2O与其生成大量挥发性物质。多晶合金表面形成大量TiO2，其抑制Cr2O3挥发。纳米晶涂层表面生成Al2O3连续层，随水蒸气含量的提高，连续层生成的时间延长。微观结构影响了三种微观结构材料生成氧化膜的机制、厚度、形态，导致其氧化和腐蚀行为的显著差异。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 107 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17026]  |
| 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 | 刘莉. 微观结构对镍基高温合金腐蚀行为影响的研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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