CoNiCrAlY（Re）合金的抗高温热腐蚀性能的研究

论文摘要

随着燃气轮机效率的提升，不断升高的工作温度给作为叶片材料的镍基合金的抗高温腐蚀性能提出了更高的要求。MCrAlY涂层的施加为部件的抗高温氧化提供了良好的保护作用。然而，对于使用重油或是在海洋环境下服役的燃气轮机，涂层的抗热腐蚀性能也是一个重要的指标。高温液态熔融无机盐对涂层生成的保护性氧化膜起到破坏作用，加速了涂层的失效。本文通过对CoNiCrAlY系列涂层合金进行预氧化以及掺杂活性元素改性处理，研究和讨论了上述方法对改进合金性能的有效性。预氧化实验以CoNiCrAlYRe合金为对象，在900oC下利用熔融的Na2SO4进行100h的腐蚀。预氧化样品生成均匀平整的多层氧化膜结构，并具有良好的粘结性。预先生成的氧化膜阻挡了S向基体内部的扩散，减少了硫化反应的发生；并且能够保持对Al2O3膜的修复。预氧化时间决定了合金在后续腐蚀中的抵抗能力的强弱。直接腐蚀样品则生成疏松且缺陷多的氧化膜，合金中的Y能起到一定的捕获S的作用，防止其扩散。选用CoNiCrAlY合金并掺杂Pd、Ce、Dy元素，比较各种元素对提高合金抗热腐蚀性能的效果。腐蚀实验与预氧化部分保持一致。Pd、Ce、Dy的添加均在腐蚀初期促进了Al和Cr的选择性氧化。在三种元素中，0.2wt%Dy的综合改善效果最佳，其减缓了Al在腐蚀过程中的消耗，提高了氧化膜的粘结力。0.1wt%Ce的改善效果次之，而3wt%Pd的添加对原始合金抗腐蚀能力的提高作用不明显。采用相同的元素添加至CoNiCrAlYRe合金，研究上述元素和Re是否存在协同作用从而能更好的改善合金抗腐蚀性能。元素的改善效果与CoNiCrAlY合金中相同，依次为Dy、Ce、Pd。Re的存在促进了Cr2O3在腐蚀初期的形成，但是由于该系列合金Al含量低，元素和Re的同时存在不能抵消这种不利影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 热腐蚀简介
• 1.1.1 热腐蚀分类
• 1.1.2 反应介质的相图和溶解度
• 1.1.3 高温热腐蚀机理
• 1.1.4 热腐蚀的研究方法
• 1.2 高温涂层的发展
• 1.3 活性元素效应
• 1.4 选题意义和研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 预氧化对CoNiCrAlYRe合金热腐蚀行为的影响
• 2.1 简介
• 2.2 实验设计
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 预氧化产物和形貌
• 2.3.2 热腐蚀速率和氧化膜的粘结性
• 2.3.3 热腐蚀后氧化膜的成分和截面形貌
• 2.4 分析与讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 掺杂 Pd、Ce、Dy的CoNiCrAlY合金的热腐蚀行为
• 3.1 简介
• 3.2 实验设计
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 合金的原始组织
• 3.3.2 热腐蚀动力学和氧化膜的粘结性
• 3.3.3 氧化膜的成分和形貌
• 3.4 分析与讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 掺杂Pd、Ce、Dy的CoNiCrAlYRe合金的热腐蚀行为
• 4.1 简介
• 4.2 实验设计
• 4.3 实验结果
• 4.4 分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果