CVD法制备Inconel 718 高温合金表面铝化物涂层高温氧化行为研究

Inconel 718高温合金是燃气轮机和航空发动机热端部件的关键核心材料,其表面通常制备有铝化物涂层,起到提高抗氧化和热腐蚀性能的作用。理解铝化物涂层的高温氧化行为,是提高部件抗高温氧化能力的关键。采用化学气相沉 积（CVD）技术,在Inconel 718高温合金表面制备了铝化物涂层,在大气环境、950 ℃条件下开展了恒温氧化测试,采用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段,研究了其高温氧化行为,并与Inconel 718高温合金进行对比。结果表明：In-conel 718高温合金表面制备的CVD铝化物涂层,其表面粗糙,具有双层结构。外层为富含Ni和Al元素的β-NiAl层,平均厚度为14.1 μm,内层为富含Fe和Cr元素的σ相与富含Nb、Mo和Fe元素的Laves相共存的互扩散层,平均厚度为5.9 μm 。恒温氧化后,Inconel 718高温合金表面氧化生成了Cr₂O₃膜,而CVD铝化物涂层表面氧化生成了α-Al₂O₃膜。Cr₂O₃膜和α-Al₂O₃膜的生长都遵循抛物线型生长规律,Cr₂O₃膜的生长速率常数为0.86 μm?h^-1/2,α-Al₂O₃膜的生长速率常数为0.15 μm?h^-1/2。此外,观察发现Inconel 718 高温合金发生了内氧化,而 CVD铝化物涂层未出现内氧化,两者氧化行为差异的原因在于CVD 铝化物涂层中的β-NiAl相,其氧化生成均匀、连续、致密的α-Al₂O₃ 膜,阻止了内部金属发生进一步氧化。本研究揭示了Inconel 718高温合金和CVD铝化物涂层的抗高温氧化作用机理,为Inconel 718高温合金用高抗氧化性CVD铝化物涂层的制备及应用提供了技术支撑。     

纳米Al2O3增强高温铝基复合材料的研究

为了获得高温性能更优异的铝基复合材料,本文采用粉末冶金法制备了纳米Ａｌ２Ｏ３颗粒增强高温铝基复合材料,微观观察结果表明,在复合材料的基体上均分布着大量弥散的细小颗粒,在室温及高温下进行了拉伸实验,难结果表明,用纳米Ａｌ２Ｏ３颗粒增强的高温铝基复合材料高温下的强度损失率比其它的铝基复合材料要小。     

硅铝比对煤灰热膨胀性的影响

选用硅铝比分别为2.01和1.28的A、B两种煤灰为研究对象,考察煤灰在高温管式炉中的形变情况,并绘制高温灰柱的面积随温度的变化曲线,以探讨硅铝比对煤灰热膨胀性的影响。结果表明:A煤灰的膨胀程度比B煤灰明显,开始收缩温度较B煤灰高;在A、B煤灰中各自添加质量分数10%、20%、30%的Fe2O3、CaO、MgO后,A煤灰具有明显的膨胀性,收缩程度小,灰渣表面气孔大且密,B煤灰膨胀程度小,收缩程度大,灰渣表面气孔较少;不同硅铝比的灰柱在烧结初期产生的液相量差别较大,引起高温灰柱内气体残余量不同,导致高温下不同硅铝比灰柱收缩和膨胀存在差异。     

O2/CO2气氛下高温煤灰热行为及其矿物相转化规律

对2种典型的煤样分别在空气和O2/CO2气氛下制取高温灰,并对此高温灰在不同气氛下的热行为及其在高温下矿物相的转化特性进行了研究。结果显示,煤粉在不同气氛下得到的高温灰,其化学成分随着气氛的变化略有不同。O2/CO2气氛下获得的高温灰,煤灰中一些含钙矿物元素易于发生碳酸化,形成较多的碳酸钙等碳酸盐。对于钙铁矿物含量较高的神府煤,在O2/CO2气氛下形成的煤灰高温下的蒸发熔融吸热较少;而在空气气氛下,在950 ℃的较低温度下便形成钙黄长石等易形成含钙低温共熔混合物的矿物相,其熔融行为在较低温度下发生。对于硅铝含量较高的西阳村煤,O2/CO2气氛下形成的煤灰高温下的蒸发熔融吸热也较少,但气氛的改变不会影响高温下矿物相的形成。O2/CO2气氛可以明显的抑制钙矿物含量极高煤灰的熔融结渣行为。     

Inconel 718高温合金表面铝化物涂层的制备及其形成机制

Inconel 718高温合金表面制备的铝化物涂层的组织结构及其形成机理,是提高该高温合金抗高温氧化和耐腐蚀性能的关键。采用化学气相沉积法在高温合金Inconel 718表面制备了铝化物涂层,通过结合使用材料热力学模拟软件JMatPro、X射线衍射仪、X射线能谱仪和扫描电子显微镜等表征手段,详细研究了铝化物涂层的微观组织结构。研究结果表明：在1 050 ℃温度条件下,经过1.5 h反应,Inconel 718表面生成了双层结构的铝化物涂层,其外层厚度为14.1 μm,主要由β-NiAl相组成,内层厚度为5.9 μm,由σ相和Laves相组成;外层的β-NiAl相形成是由Inconel 718高温合金中的Ni元素外扩散至表面后,与环境中的卤化铝反应而生成的;大量的Ni元素外扩散导致高温合金中的γ-Ni相减少,当高温合金中Ni元素的含量（原子分数）减少至49%时γ-Ni相中开始析出Laves相,当Ni元素的含量减少至40%时σ相也开始析出,当Ni元素的含量最终降至9%时Inconel 718高温合金完全转变成由σ相和Laves相组成的铝化物内层。研究结果深入揭示了涂层形成的机理,为优化铝化物涂层制备工艺提供了重要的理论基础。同时,对于Inconel 718高温合金的高温稳定性和腐蚀性能的提升具有实际应用价值。     

二次铝灰高温焙烧脱氮固氟试验研究

铝灰中的氮化铝受潮产生氨气和部分氟化物可溶是铝灰成为危险固体废弃物的主要原因,为脱除铝灰中的氮化铝和氟化物,实现铝灰的无害化、减量化的目的,采用钙盐高温焙烧铝灰脱氮固氟、水洗回收无机盐的工艺,研究了焙烧温度和加入钙盐的质量对铝灰脱氮固氟效果的影响。结果表明,在加入3%的CaCl₂作为固氟剂、焙烧温度为1 300℃和焙烧时间为4 h的条件下的铝灰氮元素含量降低至0%,铝灰遇水气体释放量降低至2 mL/g,可溶出氟离子浓度降低至6.71 mg/L,铝灰减重13.44%,焙烧后的铝灰水洗无机盐的回收率为84%。研究为铝灰的无害化减量化资源化提供了新的思路。      

硫酸铵焙烧铝土矿提取氧化铝及氧化铁

以三水铝石矿、硫酸铵为原料,采用硫酸铵两段焙烧法提取铝土矿中的铝和铁,通过单因素试验研究了常压条件下硫酸铵焙烧铝土矿过程中低温段、高温段焙烧温度、低温段、高温段焙烧时间、铵矿比对铝土矿中氧化铝和氧化铁的提取率的影响。结果表明,粒度小于74μm的铝土矿在铵矿比n=4,低温段焙烧温度300℃,焙烧时间60 min,高温段焙烧温度450℃,焙烧时间60 min的条件下,多次验证Al2O3的提取率均在98%以上,Fe2O3的提取率均在88%以上。使铝土矿中的铝、铁、硅得到了有效地分离。     

硫酸铵焙烧铝土矿提取氧化铝

以三水铝石矿、硫酸铵为原料,采用硫酸铵两段焙烧法提取铝土矿中的铝和铁,通过单因素试验研究了常压条件下硫酸铵焙烧铝土矿过程中低温段、高温段焙烧温度、低温段、高温段焙烧时间、铵矿比对铝土矿中氧化铝和氧化铁的提取率的影响.结果表明,粒度小于74 μm的铝土矿在铵矿比n=4,低温段焙烧温度300℃,焙烧时间60 min,高温段焙烧温度450℃,焙烧时间60 min的条件下,多次验证Al2O3的提取率均在98％以上,Fe2O3的提取率均在88％以上.使铝土矿中的铝、铁、硅得到了有效地分离.     

热喷涂铝涂层高温扩散及抗氧化性的研究

研究了喷涂铝涂层的４５ 钢板在无扩散和扩散处理的不同热处理条件下,铝涂层的扩散情况,并对扩散处理后的试样与１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ 不锈钢试样进行抗高温氧化性的对比试验,证明了经过扩散处理的涂覆铝涂层４５ 钢抗高温氧化性不低于１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ 不锈钢。     

夕线石矿样分析的简易分解法

夕线石属蓝晶石族，化学式为Al2O3·SiO2，与蓝晶石、红柱石均为Al2SiO5的同质多象变体。夕线石是典型的高温变质矿物，是重要的高铝耐火材料之一，当加热到1545℃时变为富铝红柱石。富铝红柱石具有较高的耐火度，在1800℃的高温仍很稳定，是一种高级耐火材料。夕线石的分解方法很多，如氯氟酸无机酸混合酸分解法、磷酸或焦磷酸分解法、高压酸分解法、碳酸钠加硼酸熔融分解法、氟化锂和硼酸混合熔剂分解法、碳酸俄或碳酸钾一氧化钙烧结分解法、史密斯烧结分解法等。以上方法都能分解夕线石，但缺点是：熔融分解都是在较高的温度下进行，…     

高硅铝煤添加助熔剂对比研究

高硅铝含量煤灰其熔融温度一般较高,使用此煤种的气流床气化炉需要在高温下操作才能满足液态排渣要求。采用典型高硅铝煤,添加石灰石、Fe_2O_3、MgO及复合助熔剂,研究助熔剂对煤灰熔融温度的改善效果,初步掌握典型助熔剂的助熔特性。     

有待发展的工业矿物原料——兰晶石矿物及其选矿(摘要)

兰晶矿族矿物的物理、化学性质及其用途:兰晶石族矿物包括兰晶石、红柱石与硅线石,都是高铝矿物,其化学组成均是Al_2O_3·SiO_2,只是它们的结晶构造不同。这些矿物共同特点是在1410～1625℃高温煅烧时,转变富铝红柱石(3Al_2O_3·2SiO_2)。富铝红柱石耐火度     

复合镁盐浸取风化壳淋积型稀土矿过程强化研究

风化壳淋积型稀土矿是世界中重稀土的主要来源,其中稀土以水合或羟基水合离子吸附在黏土矿物上,可采用离子交换的方式浸出稀土矿。为提高以复合镁盐为浸取剂时稀土的浸出效果,采用柱浸的方式模拟原地浸出过程,研究了复合镁盐浸取风化壳淋积型稀土矿稀土及铝的浸出传质过程,并结合色谱塔板理论进行了分析。结果表明,采用氯化镁和硝酸镁摩尔比为4∶6的复合镁盐浸取剂浸出稀土的效果最佳;在一定范围内较高的镁离子浓度可以通过提供驱动力来克服扩散阻力,从而加强稀土(RE)和铝(Al)的传质过程;pH在4～8范围内几乎不影响稀土和铝的传质效率,强酸性环境(pH=2)下浸出稀土矿会显著加强铝的浸出,不利于后续处理;高温有助于稀土及铝的浸出;采用复合镁盐柱浸回收稀土的最佳工艺条件为:MgCl_2和Mg(NO_3)_2摩尔比为4∶6,镁离子浓度为0.2 moL/dm~3,pH为溶液初始值,夏季作业有利于提高浸出传质效率。     

Co/Pt改性铝化物涂层热腐蚀行为探究及比较

为提高镍基单晶高温合金的抗热腐蚀性能,采用电镀/高温气相渗铝的方法,在合金基体表面分别制备了铝化物涂层、Co改性铝化物涂层和Co/Pt共改性铝化物涂层。将涂层样品置于Na₂SO₄/NaCl(质量百分比75∶25)混合盐中进行了900℃热腐蚀实验,利用XRD和SEM/EDS等方法研究了三种涂层样品的热腐蚀行为,同时还研究了Co和Pt元素对涂层抗热腐蚀性能的影响。实验结果表明：900℃热腐蚀100 h后,铝化物涂层的质量增重为4.07 g·cm^-2,Co改性铝化物涂层质量增重为0.74 g·cm^-2,Co/Pt共改性铝化物涂层的质量增重为5.96 g·cm^-2;Co/Pt共改性铝化物涂层无明显剥落,氧化膜相对完整,说明其抗热腐蚀性能最好,而另两种涂层则出现明显剥落,说明二者抗热腐蚀性能均较差。Co/Pt的协同作用,促进了涂层表面保护性Al₂O₃膜的形成,提高了氧化膜的粘附性和自修复性,増大了涂层的钝化范围,降低了涂层外部的S及O等元素的向...     

铝盐改性石英砂制备及其吸附性能研究

以石英砂为载体,用反复加热蒸干法制备了铝盐改性砂,分别考察了铝盐改性砂对有机物和Zn2+的吸附性能及其影响因素.结果表明,在pH值为中性条件下,铝盐改性砂吸附效果优于石英原砂,铝盐改性砂对CODCr的去除率比石英原砂提高20%.对UV254的去除率提高了10%左右;铝盐改性砂对Zn2+去除能力比原砂有较大的提高,在pH值中性条件下,石英原砂Zn2+的去除率为43%左右,铝盐改性砂对Zn2+去除率达到70%;随着Zn2+初始浓度的增大,铝盐改性砂对Zn2+的去除率逐渐减少;当改性剂浓度逐渐增大时,Zn2+的去除率逐渐增大,当浓度达到1.25mol/L后,Zn2+的去除率不再提高;铝盐改性砂对Zn2+的去除率随着pH值的升高而提高,当pH值为9时,去除率达90%.     

从高钛渣沉钛液中提铝

研究了从高钛渣沉钛液中提铝制备氧化铝的工艺条件,包括沉铝、碱浸、碳分、煅烧。通过单因素试验得到最佳工艺条件。沉铝过程:在沉铝温度60℃,沉铝p H值为6,沉铝时间20 min的试验条件下铝的沉出率可达99%;碱浸过程:在碱浸温度70℃,加碱量1∶4,碱浸时间30 min的试验条件下铝的碱浸出率可达到100%;碳分:在常温、常压、通气量40 m L/min条件下进行碳分,当溶液p H值为8时,溶液中铝的碳分率可达到98%;煅烧:将氢氧化铝在1200℃煅烧2 h,可制备出α-Al2O3。     

CaF2对拜耳法赤泥碳热熔融还原提铁的影响

基于拜耳法赤泥碳热熔融还原提铁过程中渣铁分离难的问题,研究了添加CaF2对炉渣凝固物相、高温黏度、熔化性温度、金属直收率和金属出炉聚集状态的影响.结果表明,拜耳法赤泥碳热熔融还原炉渣的主要凝固相为钙铝黄长石、钙钛矿和霞石,添加CaF2后,炉渣凝固相中出现了萤石相;添加CaF2能够降低拜耳法赤泥炉渣的高温黏度和熔化性温度...     

某高镁高铝胶磷矿双反浮选降杂试验研究

以BK425为反浮选脱镁捕收剂,BK432为反浮选脱铝捕收剂,对贵州某高镁高铝胶磷矿进行了双反浮选降杂试验研究。试验结果表明,在强酸性条件下进行反浮选脱镁-近中性条件下反浮选脱铝的双闭路流程,可以获得P₂O₅品位33.97%,倍半氧化物之和(Al₂O₃ Fe₂O₃)2.23%,MgO含量0.73%,P₂O₅回收率73.71%的磷精矿。BK432捕收能力强,形成的脱铝泡沫较脆,容易消泡,流动性好,为反浮选脱铝闭路流程创造了良好的前提条件。     

二氧化硅在铝酸钠溶液中的反应行为

采用两种纯硅矿物(白炭黑和高岭土)为原料, 研究二氧化硅在铝酸钠溶液中的反应行为。结果表明: 硅矿物在铝酸钠溶液中的反应行为包括硅矿物分解和硅渣析出两个过程, 两者之间存在动态平衡, 温度升高, 硅矿物反应率升高; 在高温(280 ℃)条件下, 影响硅矿物反应率的主要因素是溶液游离Na₂O_k浓度, 随着游离Na₂O_k的升高, 硅矿物反应率下降; 溶液中氧化铝浓度对硅矿物反应率影响不大; 溶液游离碱和氧化铝浓度升高可阻碍硅渣析出反应的进行, 不利于钠硅渣的形成。研究结果可为低铝硅比铝土矿的铝硅分离提供理论依据。     

神东矿区高硅铝比煤灰黏温特性研究

神东矿区煤灰分较低,矿物组成的波动对煤灰黏温特性影响较大,尤其是高硅铝比煤在高温下黏度普遍偏高,造成气化过程中堵渣问题严重。通过浮沉试验,利用扫描电镜定量分析了神东矿区煤中主要矿物组成,利用高温煤灰黏度测定仪测得煤灰黏温曲线,采用FactSage7.3以煤灰成分为基础对其进行了黏温特性模拟。结果显示:神东矿区样品矿物组成主要是伊利石型黏土矿物(相对质量分数为20%～70%,下同)、方解石(6%～34%)、黄铁矿(2%～10%)、菱铁矿(3%～50%),存在部分碎屑成因石英(6%～24%)与伊利石共生;伊利石含量高且部分伴生石英造成样品硅铝含量及硅铝比高,煤灰成分中硅铝相对质量分数为50%～75%,硅铝比为2.3～3.1,这是导致神东煤灰黏度较大的主要原因;样品中方解石是主要的含钙矿物,填充于煤的裂隙或有机质组分中的结构孔隙中,由于高温下钙离子对熔体网络的解聚和破坏作用,所以钙含量较高会导致黏度相对较低;另外,铁系矿物主要是硫化物矿物黄铁矿和碳酸盐矿物菱铁矿,铁含量相对较高导致较多二价铁离子与6个氧原子连接形成八面体结构致使网络结构松散,也会在一定程度上降低煤灰黏度。对神东矿区4种商品煤混配后的模拟结果表明,煤灰的最佳质量配比为4∶6到7∶3,煤样配比为4.1∶5.9～8.3∶1.7能够较好地满足液态排渣气化炉的操作温度和黏度区间。