FeCrAl多孔材料的制备及抗硫化腐蚀性能研究

论文摘要

FeCrAl合金有望成为新一代高温结构材料和过滤材料,其在硫化腐蚀环境中的行为引入注目。实验使用粉末冶金的工艺制备出了FeCrAl多孔材料,对材料的力学性能,孔隙性能、抗腐蚀性能做了一系列的研究。研究FeCrAl合金高温硫化性的目的就是通过各种测试方法,分析和研究材料的微观结构变化,全面的认识硫化现象的本质,对材料发生硫化行为进行研究,以确定FeCrAl合金多孔材料的高温硫化腐蚀机理。实验使用3%H2S+97%N2模拟硫化腐蚀环境,在300℃-600℃范围内研究了FeCrAl合金多孔材料未预氧化样和预氧化试样的抗硫化腐蚀性能。在硫化实验之前,对材料在氩气、空气气氛下做了预氧化处理,通过对氧化膜的形貌和成分分析研究,证明在非透过性预氧化处理工艺下,在空气气氛下得到的氧化膜最为理想。实验证明对材料的预氧化处理大大提高了材料的抗硫化腐蚀能力,可以使材料的硫化增重降低2-3个数量级。参照氧化腐蚀的机理,对FeCrAl合金在H2S+N2气氛下的腐蚀机理做了初步推断并提出FeCrAl合金的硫化模型。在硫化初期或者较低温度下,合金表面吸附气体分子生成较为致密的Al2O3和Al2S3膜,且与基体的附着能力好,材料表现出了较好的抗硫化腐蚀性能。但硫化物缺陷较多,且金属离子在硫化物中扩散速率较大,随着硫化温度的升高、时间的延长和Al元素的消耗,扩散过程起着越来越重要的作用,成为继续硫化腐蚀的速度控制因素。S通过裂纹或缺陷入侵到材料内部,此时基体中Fe元素也开始表面富集并向外扩散,生成的FeS会彻底破坏氧化膜的致密性,继而发生灾难性腐蚀。对于预氧化处理的合金试样,由于预先形成了一层保护性的氧化膜,因而材料表现出了更好的抗硫化腐蚀性能。本文研究了预氧化对腐蚀增重、最大孔径、剪切强度值的影响,得到一些数据,期望为进一步的研究奠定基础。本文是在“国家高技术研究发展计划（863计划）”（项目编号：2009AA032601）资助下,依托西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室完成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 硫化腐蚀概念及研究现状
• 1.2.1 硫化腐蚀的基本过程
• 1.2.2 FeAl系合金的硫化腐蚀性能
• 1.3 金属多孔材料简介
• 1.3.1 金属多孔材料的制备
• 1.3.2 金属多孔材料的应用
• 1.3.3 性能表征方法
• 1.3.3.1 孔结构的表征
• 1.3.3.2 渗透性能表征
• 1.3.3.3 腐蚀性能表征
• 1.4 目前研究存在问题
• 1.5 本实验研究内容及意义
• 第2章 实验过程及材料制备
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.2 实验过程
• 2.3 本实验分析测试与表征方法
• 2.3.1 最大气泡孔径的检测
• 2.3.2 相对透气系数的测定
• 2.3.3 试样收缩（膨胀）率的检测
• 2.3.4 力学性能检测
• 2.3.5 试样的微观结构表征
• 2.4 材料的制备
• 2.4.1 烧结机理
• 2.4.2 烧结微观形貌分析
• 2.4.3 烧结温度与试样性能关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 预氧化实验结果及分析
• 3.1 预氧化工艺探索
• 3.1.1 低Al含量FeCrAl合金的预氧化实验
• 3.1.1.1 空气气氛下的预氧化
• 3.1.1.2 氩气气氛下的预氧化
• 3.1.2 高Al含量FeCrAl合金的预氧化实验
• 3.1.2.1 空气气氛下的预氧化
• 3.1.2.2 氩气气氛下的预氧化
• 3.2 氧化热力学分析
• 3.3 预氧化增重分析
• 3.4 预氧化对多孔材料性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 硫化实验结果及分析
• 4.1 硫化腐蚀试验
• 4.1.1 硫化腐蚀后试样表面形貌
• 4.1.2 未预氧化样硫化腐蚀SEM形貌
• 4.1.3 未预氧化样硫化腐蚀增重分析
• 4.1.4 未预氧化样硫化腐蚀剪切强度变化规律
• 4.2 预氧化对抗硫化腐蚀性能的影响
• 4.2.1 预氧化样硫化腐蚀SEM形貌
• 4.2.2 预氧化对硫化腐蚀增重的影响
• 4.2.3 预氧化对剪切强度的影响
• 4.2.4 预氧化对试样孔径变化率的影响
• 4.3 硫化热力学分析
• 4.4 硫化层元素组成及相分析
• 4.5 硫化腐蚀机理分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢