镍基高温合金的腐蚀行为研究

在人工合成烟气和煤灰环境中,分别研究了550℃和700℃下镍基高温合金的腐蚀行为,并分析了其腐蚀机理。结果表明,高温镍基合金在550℃和700℃下主要发生了低温热腐蚀,腐蚀产物主要有硫化物、氧化物和尖晶石相。     

一种镍基单晶合金的凝固行为

采用等温凝固方法研究了单晶镍基合金的凝固区间,利用DSC测试了合金的凝固曲线。结果表明:实验合金的液相线温度约为1380℃,固相线温度约为1310℃。合金的凝固顺序为:Lγ,L MC;γγ′;Lγ+MC。单晶合金的铸态组织中,W偏析于枝晶干,Ti、Cr、Mo和Ta偏析于枝晶间,偏析程度为:MoTiCrTa,Al和Co几乎不发生偏析。1314℃1382℃1361℃1325℃     

Pt-Al涂层对一种镍基单晶高温合金抗热腐蚀行为的影响

采用电镀Pt和化学气相沉积渗铝法在一种镍基单晶高温合金表面制备Pt-Al涂层,该涂层为单一β-(Ni,Pt)Al相结构.选用涂盐法分别在无涂层和Pt-Al涂层试样表面涂覆Na2SO4盐,并在900℃常压炉中进行热腐蚀实验.通过热腐蚀动力学、热腐蚀产物、热腐蚀宏观表面形貌和微观结构的对比,分析Pt-Al涂层对镍基单晶高温合金热腐蚀行为的影响.采用XRD、SEM、EDS和EPMA等检测方法进行分析.实验结果表明:经900℃热腐蚀后,Pt-Al涂层可以提高基体合金的抗热腐蚀性能,Pt-Al涂层试样的热腐蚀速率小于无涂层试样;β-(Ni,Pt)Al相中的Pt原子能够抑制S原子向β-(Ni,Pt)Al相中扩散,将S原子阻隔在氧化物-金属界面处,从而降低基体合金的热腐蚀速率;Pt原子也能够将大量难熔的Ta原子阻隔在互扩散区内,仅有少量的Ta原子扩散到氧化物中,减少了Ta2O5的形成;此外,Pt-Al涂层能够在一定程度上抑制氧化膜-金属界面处孔洞的形成.     

电弧离子镀NiCrAlY涂层对镍基单晶合金热腐蚀行为的影响

采用电弧离子镀技术在镍基单晶合金表面沉积Ni28Cr11Al0.5Y涂层,研究镍基单晶合金及其Ni28Cr11Al0.5Y涂层在900℃的75%Na2SO4+25%K2SO4(质量分数)熔盐中的热腐蚀行为。结果表明:镍基单晶合金受到了严重的热腐蚀,镍基单晶合金内部出现了严重的内硫化和内氧化现象,且内硫化物区域和内氧化物区域出现明显分层结构,与外腐蚀层相邻的区域为内氧化区域,远离外腐蚀层的基体内部形成内硫化区域;而Ni28Cr11Al0.5Y涂层在热腐蚀过程中,表面生成连续的Al2O3氧化膜,且随腐蚀时间延长,Al2O3氧化膜的厚度增大,表现出优良的抗热腐蚀性能。     

一种镍基单晶高温合金持久各向异性行为

研究了一种镍基单晶高温合金DD499的[001],[011]和[111]3个晶体取向在典型应力条件下的持久性能。结果表明,持久寿命的取向依赖性与温度和应力有关。760℃,790MPa时,[001]取向的持久寿命明显高于[011]和[111]取向;1040℃,165MPa时,持久寿命由大到小顺序为[111]>[001]>[011],但不同取向的各向异性减弱。利用SEM观察持久断裂后的断口和组织结构表明,760℃,790MPa时,[001]取向试样的断裂特征为解理和准解理混合型断裂,[011]取向为单系滑移引起的剪切断裂,而[111]取向为多系滑移引起的剪切断裂;1040℃,165MPa时,3种取向都为微孔聚集型断裂。     

一种镍基单晶高温合金的恒温氧化行为

通过静态增重法对一种镍基单晶高温合金在900℃和1000℃的恒温氧化行为进行了测定,并利用X射线衍射和扫描电镜对氧化产物进行了分析。结果表明,该合金在900℃和1000℃均为完全抗氧化级,900℃的氧化速率明显低于1000℃的氧化速率。合金的氧化产物以(Ni,Co)O为主,并形成了较多的α-Al₂O₃ 和较少量的Cr₂O₃,同时形成了CrTaO₄及（Ni,Co）Al₂O₄和 Co(Al,Cr)₂O₄等尖晶石氧化物。氧化物呈层状分布,(Ni,Co)O在最外层,而Al₂O₃在内层。另外,在靠近α-Al₂O₃层的合金基体中出现了内氮化物。     

渗铝镍基高温合金热腐蚀行为研究

采用低压气相渗铝工艺制备铝化物涂层 ,在涂层表面涂敷不同NaCl+Na2 SO4 含量的熔盐进行 90 0℃热腐蚀实验 .结果表明 ,涂层对NaCl含量不敏感 ,这与涂层表面生成Al2 O3 氧化膜有关 .涂层能有效提高合金抗热腐蚀性能 .     

镍基铸造高温合金K35的热腐蚀行为

研究了涂有7596Na2SO4＋25％NaCl盐膜的镍基铸造高温合金K35在800℃～900℃的热腐蚀行为．结果表明．该合金在实验条件下发生高温热腐蚀．在800℃，腐蚀动力学曲线大体遵循抛物线规律．腐蚀产物分为3个区域：即外层是以Cr2O3为主相对致密的具有保护性的氧化层，中间层是富Ti层，内层是以舢、Ti为主的氧化物．腐蚀形貌观察说明，热腐蚀的发展主要伴随着致密氧化层的增厚以及Cr2O3保护性氧化膜的挥发，且涂盐导致Cr2O3挥发温度降低．在800℃及850℃表面有少量硫化物形成，随腐蚀温度增高有内硫化物产生．腐蚀动力学和腐蚀形貌特点支持热腐蚀的硫化-碱融机理模型。     

镍基单晶合金的厚度效应

考察了镍基单晶合金ＤＤ３板试样在厚度为０．５，１．０，２．０ｍｍ、晶体取向为［００１］，［０１１］，［１１１］和［１１２］以及试验温度为１０００，９５０，８５０和７６０℃下的变形和破坏规律。宏观结果表明，厚度效应表现出与温度的相关性：１０００℃时，试样越薄，屈服强度越高；９５０℃以下，试样越厚，屈服强度越高。ＳＥＭ细观断口形貌分析表明，除１０００℃［００１］取向试样断口表现出韧窝断裂模式外，其余试     

DD8单晶镍基高温合金的热机械疲劳

对DD8合金进行了同位相(IP)与反位相(DP)热机械疲劳(TMF)实验。结果表明：当以机械应变幅作为参量时，在高应变幅下，IP疲劳寿命均低于OP的寿命；随着应变幅的降低，IP疲劳寿命有向OP寿命靠近的趋势，扫描电镜观察表明，IP和OPTMF试样的断口形貌有明显的不同，在IP实验中，裂纹萌生于试样内的铸造孔洞，垂直于加载轴方向扩展；而OP裂纹则是萌生于试样的自由表面，沿着{111}晶面扩展，不同的裂纹萌生和扩展机制是导致IP和OPTMF寿命差异的主要原因。     

镍基单晶合金热处理过程中的组织演变

利用螺旋选晶法制备了镍基单晶合金,研究了热处理过程中合金的组织演变。结果表明:合金的铸态组织由枝晶组成,W偏析于枝晶干,Ti、Cr、Mo和Ta偏析于枝晶间,固溶处理可以消除铸态组织中的枝晶,减小成分偏析,固溶温度越高,粗大的γ’和γ/γ’共晶溶解的越完全。时效处理过程中,大尺寸的γ’发生粗化,小尺寸的γ’逐渐消失,时效温度越高,γ’粗化得越严重。热处理促进合金元素在γ和γ’中的均匀分布,减小了合金的错配度。     

Hot Corrosion of a Single Crystal Ni-Base Superalloy by Na-Salts at 900°C

The hot corrosion behaviors of a single crystal (SC) Ni-base superalloy coated with Na₂SO₄ and 75 wt.% Na₂SO₄-25 wt.% NaCl mixture were studied in air at 900°C. The results showed that the corrosion productions were laminar structure, porous and easily spalled. And sulfides formed quickly in the deep SC superalloy under the corrosion production. The addition of NaCl into Na₂SO₄ considerably accelerated the corrosion of the SC superalloy, and the corrosion scale became more porous. The hot corrosion process was explained based on sulfide formation and its subsequent oxidation.     

一种新型镍基粉末高温合金的热压缩性能研究

基于Gleeble热压缩模拟试验,研究变形温度和应变速率对一种新型第三代镍基粉末高温合金WZ-A3挤压态试样在变形温度1040~1130 ℃区间,应变速率0.01~0.0025 s_^-1 条件下的热压缩变形行为,分析了合金在不同热压缩条件下的晶粒尺寸及显微组织的变化。试验结果表明：WZ-A3合金挤压棒在1070~1100 ℃温度范围, 0.01~0.005 s_^-1 应变速率范围内热压缩变形后可以获得约4.5 μm细小均匀的晶粒组织,各部位均未出现项链晶及异常晶粒长大的现象。根据以上试验条件成功制备了两件直径190 mm高97 mm的小尺寸热模锻试验盘,验证了WZ-A3合金的热压缩性能。     

Effect of Skew Angle of Holes on the Thermal Fatigue Behavior of a Ni-based Single Crystal Superalloy

In the present work,holes of various skew angles were electrochemically machined in the middle of the plate specimens in a Ni-based single crystal superalloy and crack initiation and propagation around holes during thermal fatigue cycles(20–1100 °C) were investigated.It was demonstrated that the skew angles had a significant effect on the initiation and propagation of thermal fatigue cracks.During thermal fatigue process,stress concentration occurred at the edge of the holes.As for skew angles,the maximum stress concentration appeared at the acute side of holes.The maximum stress concentration resulted in plastic deformation at the acute side of the 30° hole,driving the thermal fatigue cracks to initiate after 220 cycles and propagate along [011] direction.However,the stresses concentrated at the edge of 90° or 60° holes were not large enough to initiate cracks even after 580 thermal cycles.This work will help to understand the local deformation behavior in the vicinity of cooling holes with various skew angles and have serious design implications for turbine blades.     

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。     

激光冲击强化镍基单晶高温合金的电化学腐蚀行为

采用激光冲击强化技术处理了镍基单晶高温合金,随后分别热暴露于750和850 ℃下2 h,研究了其在3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明,激光冲击强化处理增加了镍基单晶合金的耐蚀性,这与其诱导的残余压应力和γ/γ′两相中的位错结构有关。γ/γ′两相中非均匀分布的位错增加了两相错配度。热暴露后激光冲击强化试样电化学腐蚀试验表明,残余压应力和两相错配度是影响单晶合金耐蚀性的2个主要因素。残余压应力可以提高单晶合金的耐蚀性,而两相错配度则降低了单晶合金的耐蚀性。此外,单晶合金耐蚀性的提高也与Ta₂O₅和WO₃氧化物的形成有关。     

热浸镀镍基合金涂层组织及腐蚀行为

采用热浸镀技术在Q235钢表面制备了镍基合金涂层,采用XRD和SEM-EDS研究了涂层腐蚀前后的相组成、形貌和成分,并探讨了腐蚀机理.结果表明:涂层中有多种形态的析出物,涂层与基体之间存在宽5～8μm的过渡带;盐雾试验后,涂层表面腐蚀产物为Ni(OH)2,Fe3O4和Fe+3O(OH),平均腐蚀速率大约为1.18×10-7g/(h·mm2);腐蚀首先发生在显微孔洞或析出相边界处,表现为局部腐蚀特征.     

镍基高温合金上Co改性铝化物涂层的组织结构与耐蚀性能

为研究Co改性铝化物涂层在室温环境中的耐蚀性,利用包埋法渗Co和气相沉积渗Al(两步法)制备出两种不同Co含量的Co改性铝化物涂层,采用XRD、SEM、EDS分析涂层的组织结构。结果表明:850℃和1 000℃渗Co涂层外层和内层均为γ-(Ni,Co)相,内层有氮化物/碳化物相析出。Co改性铝化物涂层与简单NiAl涂层结构一致,外层为β-(Co,Ni)Al相,内层为互扩散区含有大量的富Cr(W)相。简单NiAl涂层的自腐蚀电流为0.04μA/cm2,约为Co改性铝化物涂层的十分之一。这说明在涂层中添加Co降低涂层的耐蚀性,一方面因为Co的腐蚀电位(-0.28V)低于Ni的腐蚀电位(-0.25V),另一方面因为渗Co过程中产生的夹杂物与涂层电位不一致,容易成为微阴极区,加速涂层的腐蚀。     

DD15单晶高温合金的蠕变各向异性

在定向凝固炉中制备了［001］、［011］和［111］3种不同取向的DD15单晶高温合金，研究了980 ℃/300 MPa条件下不同取向的蠕变性能。为对比分析不同蠕变时间后的微观组织，蠕变50和100 h后停止试验。采用扫描电镜和透射电镜分析不同取向的合金组织。结果表明，不同取向合金在垂直于生长方向的截面上具有不同的组织特征，［001］取向γ′相为规则的正方形，［011］取向γ′相为矩形，［111］取向γ′相为多边形。合金在 980 ℃/300 MPa条件下的蠕变性能呈现明显的各向异性，蠕变寿命按［111］、［001］、［011］取向的顺序减小，应变量按［001］、［011］、［111］取向的顺序降低。3种取向合金蠕变曲线的共同特征为具有非常短的蠕变第1阶段，与［001］和［111］ 取向相比，［011］取向合金具有较短的蠕变第3阶段。不同取向合金蠕变后的γ′相具有明显不同的筏排化程度。［001］取向合金的γ′相筏排化速率大于［011］和［111］取向合金。蠕变断裂后，［001］或［111］取向合金的位错密度大于［011］取向合金。