Corrosion Behavior of Cr, Fe and Ni Based Superalloy in Molten NaCl

熔融NaCl作为相变储热介质对容器材料具有强烈腐蚀性。通过对Cr基、Ni基和Fe基合金在850℃熔融NaCl中192 h的腐蚀实验,绘制了其腐蚀动力学曲线;利用SEM、EPMA、EDS、XRD等方法分析了腐蚀后试样横截面特征、元素分布特点及试样表面的腐蚀产物,讨论了腐蚀行为。结果表明:3种合金均满足线性腐蚀规律;Cr元素与熔融NaCl等物质反应,是导致这3种合金质量损失率增大的主要原因。Cr基合金耐蚀性最差,明显表现出晶界腐蚀特征,并且晶界为熔融NaCl渗入合金基体提供通道,促进了反应进程。Ni基合金和Fe基合金试样表面均形成了较厚的腐蚀层,为Cr2O3提供附着基体,降低了Cr元素扩散驱动力,提高了合金耐蚀性。另外,Fe基合金表面形成了尖晶石结构的腐蚀产物,进一步抑制了腐蚀过程,其耐蚀性最好。     

碳钢和铁-铬-镍基合金在相变储能材料用熔融共晶氯化钠和氯化镁中的腐蚀行为

研究了3种铁-铬-镍基合金(Fe-Cr-Ni)和一种碳钢试样在520℃熔融共晶NaCl-MgCl2盐中的腐蚀行为。结果表明,碳钢试样晶界处Fe原子优先变为亚铁离子(Fe2+)和铁离子(Fe3+),发生了严重的沿晶腐蚀,但表面形成了厚而致密的MgO壳,对试样起到了一定的保护作用。3种Fe-Cr-Ni基试样表面也形成了MgO壳,但因铬元素优先被腐蚀,试样表面形成了疏松的富Ni骨架状微观组织结构,MgO壳或颗粒极易剥落,未能起到有效的保护作用;Cr含量越高,腐蚀越严重。对于太阳能储能技术,在廉价的铁基合金中添加镍元素作为熔融氯化盐相变储热介质的容器或者管道材料,具有良好发展前景。     

碳钢和铁-铬-镍基合金在相变储能材料用熔融共晶氯化钠和氯化镁中的腐蚀行为（英文）

研究了3种铁-铬-镍基合金(Fe-Cr-Ni)和一种碳钢试样在520℃熔融共晶NaCl-MgCl_2盐中的腐蚀行为。结果表明,碳钢试样晶界处Fe原子优先变为亚铁离子(Fe~(2+))和铁离子(Fe~(3+)),发生了严重的沿晶腐蚀,但表面形成了厚而致密的MgO壳,对试样起到了一定的保护作用。3种Fe-Cr-Ni基试样表面也形成了MgO壳,但因铬元素优先被腐蚀,试样表面形成了疏松的富Ni骨架状微观组织结构,MgO壳或颗粒极易剥落,未能起到有效的保护作用;Cr含量越高,腐蚀越严重。对于太阳能储能技术,在廉价的铁基合金中添加镍元素作为熔融氯化盐相变储热介质的容器或者管道材料,具有良好发展前景。     

超音速火焰喷涂Fe基合金涂层的抗汽蚀性能

采用超音速火焰(HVOF)喷涂在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体上制备了200 pm厚的Fe基(含Cr、Ni等)合金涂层.采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、磁致伸缩汽蚀仪对涂层的组织、硬度和抗汽蚀性能进行了研究.结果表明,Fe基合金涂层组织均匀致密,孔隙率低,具有层状结构,涂层的平均硬度为993 HV0.1,是基体硬度的5.8倍;Fe基涂层抗汽蚀性能明显优于1Cr18Ni9Ti不锈钢,1Cr18Ni9Ti不锈钢汽蚀沿晶界和孪晶界破坏,而Fe基合金涂层汽蚀沿表面微小孔隙破坏,破坏由孔隙边缘向外扩展,损伤程度由汽蚀试样表面中心向外递减,最终不同损伤程度的汽蚀坑分布于表面.     

合金元素Al对Ni-10 wt. % Fe基合金在熔融NaCl中腐蚀行为影响研究

NaCl及其混合盐作为太阳能中高温相变储热介质具有很多优点,但熔融氯化盐对金属储热容器材料具有强烈腐蚀性。研究了Al添加量分别为0 wt. %、5 wt. %和10 wt. %的三种Ni-10 wt. % Fe基试样（分别为1#、2#和3#）在850℃熔融NaCl中的腐蚀行为,分析了试样表面腐蚀产物和腐蚀残盐成分,对比了试样横截面腐蚀特征和元素变化趋势,探讨了腐蚀机制。结果表明,三种试样的腐蚀动力学曲线均满足线性腐蚀规律;添加Al的试样平均质量损失率大幅降低,2#和3#试样腐蚀速率分别为1#试样的12%和20%。原子量较小的Al优先于Fe、Ni被氧化和生成高温稳定性好的Al2O3,是腐蚀速率降低的两个主要原因。但Al含量较高（如本文中的10 wt. %）时,基体中Al原子向试样表面扩散较为容易,氧化膜较厚,且易于脱落,又导致腐蚀速率增大。本研究对研发耐熔融氯化盐腐蚀的新型合金奠定了基础。     

纯Ni和Ni基合金在ZnCl2—KCl盐膜下的腐蚀

考察了表面涂有ZnCl2-KCl盐膜的纯Ni和M38G,GH864两种Ni基合金在450℃纯氧气氛中的耐蚀性。结果表明：3种材料均发生了加速性腐蚀,形成的表面产物膜十分疏松并与基体的粘附性较差;合金中较高的Cr含量并没有提供良好的保护性,其腐蚀速度高于纯Ni。分析了NiO与Cr2O3氧化膜在该环境中具有不同热力学稳定性的原因,并讨论了材料的加速腐蚀机理。     

Fe-14Cr-Mn合金在不同温度熔融共晶NaCl-MgCl_2中腐蚀行为及机理研究（英文）

熔融共晶NaCl-MgCl_2作为太阳能中高温相变储热介质,运行状态下其温度常在熔点附近波动。但不同温度下该熔融盐对金属容器材料腐蚀行为不清楚。以Fe-14Cr-Mn合金为例,采用浸盐法研究了718、768和818 K共晶熔融NaCl-MgCl_2对该合金的腐蚀行为,探讨了腐蚀机理。结果表明:腐蚀速率随温度增加略微增加,3种温度下试样腐蚀动力学曲线服从线性规律(斜率k≈–4.806×10~(-4))。腐蚀初期,试样表面形成泡状腐蚀产物,腐蚀80 h后形成腐蚀坑洞,主要是Fe、Fe-Cr和MgO,也检测到含微量Fe和Ni的Mg-Fe-Ni的氧化物。腐蚀机理主要是MgCl_2吸潮后以H2O形式引入的氧原子和溶解在熔融盐中的微量氧作为阴极去极化剂,合金元素Cr和Mn与Cl-反应生成氯化物,氯化物吸附水分子,形成具有低熔点的含水氯化物(如CrCl3·6(H_2O)和MnCl_2·n(H_2O))逃逸腐蚀体系。另外,在熔盐表面形成了由MgCl_2·(H2O)6,NaCl和MgO组成的盐壳,而在熔融盐内部,NaCl与NaMgCl_3共存。本研究为研发耐熔融NaCl-MgCl_2腐蚀的新合金奠定了基础。     

一种定向凝固Co基合金的热腐蚀行为

利用箱式电阻炉、SEM等手段,研究了一种定向凝固Co基合金在不同介质中的热腐蚀行为及机理。研究结果表明:合金在Na2SO4中的热腐蚀最为严重,在75%Na2SO4+25%NaCl中的热腐蚀程度最轻。合金在Na2SO4中的热腐蚀过程中主要发生了酸性熔融反应,形成了Al2(SO4)3,Cr2Ni3,Cr4Ni15W和Al4CrNi15等腐蚀产物,而在NaCl中的热腐蚀主要发生了活性氧化反应,合金在75%Na2SO4+25%NaCl中热腐蚀时,部分酸性熔融反应和活性氧化反应受到抑制,主要形成了一系列的Ni-S化合物。     

含碲钴基高温合金熔盐腐蚀行为探讨

非真空环境下烧结不同Te含量的钴基合金粉末,研究其在静态800±5℃75%Na2SO4+25%NaCl下的高温熔盐腐蚀行为,采用OM、SED和 XRD衍射仪分析了合金金相组织、腐蚀产物形貌和物相组成。结果表明：随着钴基合金中含Te质量分数的增加,合金的高温熔盐腐蚀速率逐渐降低;当Te含量为1.6wt%左右时,合金基体表面形成均匀、致密的Cr2O3氧化保护膜及弥散在基体中的新相（CoTeO3、Fe2TeO5）抑制Co原子向晶界扩散,延缓合金基体元素溶解,平均腐蚀速率由不含Te的4.0483mg/(cm2*h)降低至0.216mg/(cm2*h) ,提高合金热腐蚀性能。     

Co基合金在熔融NaCl-52%MgCl_2中的腐蚀机理

通过纯Co及代表性的Co基合金GH5188和GH6159在520℃熔融NaCl-52%MgCl_2(摩尔分数)中的腐蚀行为研究,揭示Co基合金在熔融氯化盐中的腐蚀机理。结果表明:3种试样的腐蚀动力学曲线近似满足线性规律。腐蚀20 h后的扫描电镜分析表明,纯Co试样表面形成了壳层结构;EDS及XRD分析表明,壳层成分主要为MgO,这在一定程度上起到了减缓腐蚀的作用。GH6159表面也出现类似壳层结构,GH5188表面有孔洞出现;腐蚀160 h后,GH5188表面出现大量互相连通的腐蚀孔洞。横截面EDS分析表明,Co和Cr的含量均明显降低。因此,Co基合金的腐蚀机理主要源于合金元素Cr、Fe和Co等的氧化、溶解和挥发。     

多主元合金CoCrFeNiTi_(0.5)耐硫酸盐高温腐蚀行为研究

多主元合金因具有良好的热稳定性有望用于制造超超临界锅炉过热器等耐热设备,燃煤气氛下使用时易发生硫酸盐腐蚀。本工作系统分析了表面喷涂碱金属硫酸盐的多主元合金Co Cr Fe Ni Ti0.5在750℃耐高温腐蚀特性。结果表明:合金Co Cr Fe Ni Ti0.5的腐蚀动力学曲线遵循抛物线递增规律;腐蚀过程中有挥发性产物Na4(Cr O4)(SO4)、硫化物以及多种氧化物生成;腐蚀初期,氧化膜均匀致密,与基体结合紧密;延长腐蚀时间,氧化膜厚度增加,由致密变得疏松多孔,基体与氧化膜界面产生微孔隙,内氧化和内硫化发生。分析认为,合金Co Cr Fe Ni Ti0.5在750℃耐硫酸盐高温腐蚀特性归因于:保护性氧化膜的形成以及由低熔点共晶体诱发的Cr2O3在熔融态Na2SO4中的碱性熔融。     

等离子喷涂Fe基合金涂层的耐蚀性

Fe基合金(含Cr、Ni、B、Si 等)作为喷涂粉末,采用等离子喷涂法在Q235钢基体上制备了厚度约为200 μm的Fe基合金涂层.用盐雾腐蚀方法检测了Fe基合金涂层和对比材料1Cr18Ni9Ti不锈钢的耐腐蚀性能,用扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、体视显微镜对腐蚀前后试样的表面形貌进行了观察和分析;对Fe基合金涂层与不锈钢试样的盐雾腐蚀质量损失进行了测量.盐雾腐蚀试验结果表明,Fe基合金涂层的耐腐蚀性明显优于1Cr18Ni9Ti不锈钢.前者主要为孔蚀,后者为晶间腐蚀和孔蚀.经封孔的Fe基合金涂层较未封孔的Fe基合金涂层的耐腐蚀性能显著提高.     

Ni-xCr-6.8Al基合金热腐蚀行为

研究铸态和预氧化态Ni-xCr-6.8Al基合金在Na2SO4＋25%NaCl混合盐中873K时的热腐蚀行为。结果表明：NixCr6.8Al基合金的质量损失随着Cr元素含量的增加而减少,预氧化可以明显改善材料的抗热腐蚀性能,并且与Cr含量无关。Ni12Cr6.8Al基和Ni16Cr6.8Al基合金的热腐蚀动力学遵循抛物线规律,Ni-20Cr-6.8Al基合金遵循指数规律,所有的预氧化试样的热腐蚀动力学都符合对数规律。铸态合金热腐蚀的机理可以用酸碱熔融模型解释,而预氧化合金的热腐蚀机理在很大程度上由预氧化过程中形成的氧化层的性质决定。     

合金元素Al对Ni-10%Fe基合金在熔融NaCl中腐蚀行为的影响（英文）

NaCl及其混合盐作为太阳能中高温相变储热介质有许多优点,但熔融氯化盐对金属储热容器材料具有强烈腐蚀性。研究了Al添加量(质量分数)分别为0%、5%和10%的3种Ni-10%Fe基合金(分别为1#、2#和3#)在850℃熔融NaCl中的腐蚀行为,分析了试样表面腐蚀产物和腐蚀残盐成分,对比了试样横截面腐蚀特征和元素变化趋势,探讨了腐蚀机制。结果表明,3种试样的腐蚀动力学曲线均满足线性腐蚀规律;添加Al的试样平均质量损失率大幅降低,2#和3#试样腐蚀速率分别为1#试样的12%和20%。原子量较小的Al优先于Fe、Ni被氧化和生成高温稳定性好的Al_2O_3 ,是腐蚀速率降低的两个主要原因。但Al含量较高(如10%)时,内部的Al原子向试样表面扩散较为容易,氧化膜较厚,且易于脱落,又导致腐蚀速率增大。     

铜铬合金在二氧化硫环境中的腐蚀行为

采用SEM、XPS等测试方法,研究了铜铬合金在二氧化硫环境中的腐蚀情况。结果表明,铜铬合金的耐蚀性较纯铜的耐蚀性有一定程度的提高;XPS分析显示,当合金试样在腐蚀环境中的增重量不再随时间发生变化时,合金表面的腐蚀产物以铜的硫酸盐为主,腐蚀产物中没有发现含Cr相的存在;另一方面,由于合金中低含量的Cr不能在试样表面独立成膜,所以合金耐蚀性的提高很大程度上依赖于致密腐蚀产物层对合金基体的保护作用。     

Cr元素含量对铜基原位复合材料耐蚀性的影响

采用选择腐蚀技术,提取了铜基原位复合材料中纤维相,并测定其电极电位.通过间歇式盐水喷雾试验和极化曲线测定,研究了Cu-15Fe、Cu-14Fe-1Cr、Cu-13Fe-2Cr、Cu-11Fe-4Cr四种原位复合材料在NaHSO3 NaCl混合介质中的腐蚀行为.同时用扫描电镜对腐蚀产物和腐蚀表面进行分析.结果表明,Cu-15Fe原位复合材料在NaHSO3 NaCl介质中,腐蚀电位EFe＜ECu,故Cu基体为阴极,Fe相纤维为阳极.Cr元素的加入,使Fe-Cr相纤维为阴极,基体铜为阳极.随着Cr元素含量的增加,EFe-Cr正向移动,致钝电位负移,维钝电流密度降低,钝化区范围增大,EFe-Cr-ECu降低,材料的耐蚀性提高.     

Fe、Ni、Cu对AXJ530镁合金腐蚀性能的影响

应用5%的NaCl盐雾腐蚀、浸泡腐蚀试验和电化学方法,研究了Fe、Ni、Cu杂质元素对AXJ530镁合金耐蚀性的影响。盐水和盐雾腐蚀试验结果表明,当合金中Fe和Cu的质量分数分别小于69×10-6时,AXJ530镁合金的耐蚀性几乎没有受到影响;而当Ni的质量分数大于3×10-6时,合金的耐蚀性明显下降。Fe或Cu的加入导致了合金的腐蚀表面出现了蜂窝状的腐蚀坑,而Ni的加入导致合金的腐蚀表面出现了很多点蚀坑。极化曲线试验中,Fe和Ni对腐蚀电流的影响规律和盐雾与盐水浸泡腐蚀试验中基本一致,而Cu对腐蚀电流没有明显的影响。     

高铬镍基合金熔融硫酸盐热腐蚀过程中内氧化和内硫化行为的研究

通过对镍基合金进行不同温度的恒温熔融硫酸盐热腐蚀试验,对腐蚀产物横断面进行形貌观察及微区成分分析,研究了一种高铬镍基合金在恒温热腐蚀期间腐蚀产物分布特征及内氧化、内硫化行为。结果表明,该高铬镍基合金在900和950℃腐蚀100 h期间,合金氧化和硫化同时发生,且腐蚀产物中出现分层结构,由表及里各层中的主要氧化物分别为:Al2O3和Cr2O3,Al2O3,CrS。该合金在各温度的恒温热腐蚀期间,均发生Al元素的内氧化和Cr元素的内硫化;与外氧化膜相邻的区域为Al元素的内氧化区,远离外氧化膜的基体内部形成Cr元素的内硫化区;随腐蚀温度升高,内氧化区和内硫化区深度增加,内氧化物和内硫化物的尺寸增大。     

SO_2对CoCrFeNiTi_(0.5)合金耐碱金属硫酸盐腐蚀行为的影响

采用XRD、SEM(EDS)和EMPA等方法分析并比较了750℃,SO_2气氛对CoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金耐碱金属硫酸盐腐蚀行为的影响。结果表明:合金在0.75%SO_2气氛中的腐蚀动力学遵循"抛物线"规律,与无硫气氛下的相似;合金表面生成由(Ti,Cr,Fe)氧化物、尖晶石结构复杂氧化物AB_2O_4以及(Fe,Ni)硫化物组成的腐蚀产物;0.75%SO_2的添加可以使氧化膜明显增厚,与基体结合程度变差甚至剥离,腐蚀影响区的孔隙度增大,裂纹长大,腐蚀深度增加。分析认为:CoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金在无硫气氛下的腐蚀归因于保护性氧化膜与低熔点共晶体的形成以及Cr_2O_3在熔融态硫酸盐中的碱性熔融;在含硫气氛下的腐蚀则与合金元素的氧化、金属氧化物的硫酸盐化、三元共晶复合盐的形成以及合金元素Fe在熔盐中的溶解反应相关;腐蚀过程中,伴生合金元素在腐蚀影响区的硫化。     

一种镍基合金在850℃和950℃熔融NaCl中的热腐蚀行为

采用X射线(XRD)、扫描电镜(SEM/EDAX)等手段,研究了一种镍基合金在850℃和950℃熔融Na Cl的热腐蚀行为。结果表明:腐蚀期间,合金发生了高温氧化和热腐蚀行为;合金表面腐蚀产物分为3层,外层氧化物由Al2O3、Al Ta O4和Ni Cr2O4组成,中间层氧化物为Cr Ta O4、Ni WO4和WO3,而内层形成Al2O3内氧化物;且随腐蚀温度提高,合金表面的腐蚀层厚度及Al2O3内氧化层深度增加。