燃气轮机在海洋环境下的热腐蚀与防护技术研究进展

针对海洋环境下舰船燃气轮机的热腐蚀现状,从热腐蚀的机理研究着手,基于不同阶段提出的热腐蚀模型理论,分析了高温和低温两种热腐蚀类型的发生过程和表现特征,指出热腐蚀实质上是以Na2SO4为主导的熔盐沉积共晶物与金属基体发生反应而导致金属材料加速氧化的过程。在此基础上,详细介绍了三种涂层防护技术—扩散涂层、覆盖涂层和热障涂层,并根据这三种涂层的发展阶段和功能特性,分析了其在制备工艺、作用机理和应用领域上表现出的差异性,重点强调了热障涂层(TBCs)在当前的发展境况。结合世界各国研究者开展的代表性工作,全面综述了国内外在舰船燃机热腐蚀防护领域的研究进展,重点描述了以硫酸盐为主的腐蚀介质中,金属材料的热腐蚀表现特征,并展示了数值模拟、热力学模拟等方法在热腐蚀研究上的应用案例。最后,对舰船燃气轮机涂层防护技术的发展方向进行了展望,提出发展新一代环障涂层(EBCs)是提高燃气轮机综合防护能力的有效技术手段。     

航空发动机高温部件热腐蚀机理的探讨

根据燃气涡轮发动机的工作环境及化学反应的原理,本文详细讨论了因腐蚀介质——Na2SO4、NaCl和V2O5引起的燃气涡轮发动机高温部件热腐蚀的机理。     

超级奥氏体不锈钢的热腐蚀行为及机理研究

研究了254SMo、904L和317L超级奥氏体不锈钢在650、700和750℃下30%Na₂SO₄+30%K₂SO₄+20%NaCl+20%KCl混合熔盐中的热腐蚀行为。通过腐蚀动力学以及腐蚀产物成分和形貌分析,探究了3种不锈钢在熔融混合盐中的高温腐蚀机理。结果表明,3种不锈钢在不同温度下均表现为失重,耐蚀性顺序为254SMo>904L>317L不锈钢;熔融的氯盐加速腐蚀,主要遵循“电化学腐蚀+氯活性腐蚀”腐蚀机制,硫酸盐通过“碱性助溶”机制溶解和破坏腐蚀层,从而造成严重的内部和晶间腐蚀;在两种腐蚀机制中,以氯腐蚀为主,硫腐蚀为辅;提高M_o和N_i含量可以在一定程度上改善奥氏体不锈钢的耐高温腐蚀性。     

21世纪航空航天技术用材料的基本发展方向——（Ⅱ）先进燃气涡轮发动机用的热强材料

目前,人们正在从设计、工艺和材料学角度解决新的第六代航空发动机研究开发问题。材料在高温、应力及侵蚀性介质综合作用的苛刻条件下有无工作能力的问题,是第六代发动机研制中最重要的问题。第六代发动机必须保证推/重比达到20∶1。第四代发动机(1970年~1975年)的推/重比仅为8∶1,第五代现代发动机(1985年~2000年)的推/重比只达到10∶1。在此情况下,必须将气体温度提高300K~ 400K,使发动机寿命延长1倍~2倍。通过深入开发传统热强合金,以及研制金属间化合物合金、金属复合材料等新型材料、开发新的工艺技术,例如可生产带有冷却通道的…     

航空发动机热障涂层的CMAS腐蚀行为与防护方法

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一,可显著提高发动机工作温度,提升发动机推力和工作效率;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2,简称CMAS)腐蚀,造成过早失效.CMAS腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点.本文首先综述了学者们对TBCs CMAS腐蚀问题的认识历程以及CMAS本身特性,再简述了TBCs的CMAS腐蚀机理,重点从TBCs的表面防护层设计、涂层成分改性、新型抗腐蚀涂层材料开发以及涂层结构设计等方面阐述了国际上目前TBCs的抗CMAS腐蚀防护方法,最后对TBCs的超高温环境应用及腐蚀防护发展方向进行了展望.     

环境对高强度铝合金应力腐蚀行为的影响

利用C型环试样、单轴加载的拉伸试样和预制裂纹的试样研究了高强度铝合金在大气环境下的应力腐蚀性能，并与实验室加速试验结果进行对比。施加应力后的试样分别暴露于北京、团岛、万宁3个不同的大气试验站，同时在实验室进行了C型环试样在3．5％NaCl溶液中周期浸润腐蚀试验、单轴拉伸试样在3％NaCl＋0．5％H2O2溶液中的拉伸应力腐蚀试验和预制裂纹的试样在3．5％NaCl溶液中腐蚀试验。结果表明，高强度铝合金在不同环境中产生应力腐蚀的敏感性不同，在海洋性环境下应力腐蚀性较高；在海洋性环境下2A12铝合金的应力腐蚀的敏感性比7A04铝合金高，在暴露期间未开裂的2A12铝合金C环试样发生严重剥落腐蚀，未开裂的7A04铝合金C环试样则遭受严重点腐蚀；3．5％NaCl溶液中周期浸润腐蚀试验和3％NaCl＋0．5％H20：溶液中的拉伸应力腐蚀试验作为高强铝合金SCC敏感性判定方法，模拟海洋大气腐蚀过程，与户外的试验结果具有较好的相关性。     

三种β-NiAl相材料的短期热腐蚀行为比较研究

在Ni-30Al(mass%,下同)和Ni-20Cr-10Al铸态合金上进行粉末包埋渗铝,分别得到纯β-NiAl相涂层和β-(Ni,Cr)Al相涂层.在这两种渗铝试样和铸态Ni-20Cr-13Al合金(含β-NiAl、γ′-Ni3Al、α-Cr相)上涂覆了硫酸钠薄膜,进行900℃热腐蚀测试.经过10小时热腐蚀测试后,三种试样表面均生成Al2O3膜.腐蚀动力学分析表明,Cr对提高材料的抗热腐蚀性能是有益的;Ni-20Cr-10Al渗铝涂层试样的增重最低,仅为铸态Ni-20Cr-13Al合金试样增重的80%左右,Ni-30Al渗铝涂层试样增重的50%左右.     

熔盐堆用结构材料的热腐蚀及防护

本文综述了结构材料在熔融氟化盐中的热腐蚀及其影响因素,以及表面防护涂层研究现状.     

材料大气环境腐蚀试验方法与评价技术进展

从大气腐蚀加速试验方法、大气腐蚀电化学方法及大气腐蚀监检测技术对大气腐蚀试验方法进行了综述.大气腐蚀加速试验中,多因子循环复合腐蚀试验已经成为模拟大气腐蚀加速试验的主要发展方向;同时,随着电化学方法空间分辨率的提升,大气腐蚀电化学方法也从宏观电化学技术向微区电化学技术延伸;另外,随着物联网及计算机技术的发展,基于数据挖...     

等离子喷涂YSZ热障涂层的热腐蚀行为研究

为了研究YSZ热障涂层在热腐蚀环境下的服役情况,采用等离子喷涂工艺在K38高温合金基体上分别制备了Y2O3稳定的ZrO3（YSZ）热障涂层和MgO稳定的ZrO2热障涂层（MSZ）,利用热重分析、X-射线衍射和带能谱的扫描电镜等手段,研究分析了这2种涂层在850℃含氯硫酸盐膜下的热腐蚀行为。结果表明：MSZ涂层在850℃热腐蚀时发生了相变,引起陶瓷外层开裂和剥落,影响了涂层的抗高温性能和使用寿命;而YSZ涂层在850℃腐蚀后没有相变发生,表现出了比MSZ涂层更佳的抗热腐蚀性能。     

Long-term high-velocity oxidation and hot corrosion testing of several NiCrAl and FeCrAl base oxide dispersion strengthened alloys

Several oxide dispersion strengthened (ODS) alloys have been tested for cyclic, long-term, high gas-velocity resistance to oxidation at 1100°C and hot corrosion at 900°C. Both nominally Ni-16Cr-4Al and Fe-20Cr-4.5Al ODS alloys were subjected up to 2500 cycles, where each cycle consisted of 1 hr in a hot, Mach 0.3 combusted gas stream followed by a 3-min quench in an ambient temperature, Mach 0.3 air blast. For comparison to existing technology, a coated superalloy was simultaneously tested. The ODS iron alloy exhibited clearly superior behavior, surviving 3800 oxidation and 2300 hot corrosion cycles essentially unscathed. While the ODS nickel alloys exhibited adequate oxidation resistance, the long-term hot corrosion resistance could be marginal, since the best life for such alloys under these conditions was only 1100 cycles. However, the hot corrosion resistance of the ODS Ni-base alloys is excellent in comparison to that of traditional superalloys.     

在海洋环境条件下核电站设备的腐蚀及控制

本文针对大亚湾核电站存在的腐蚀问题,分析了海洋环境下设备腐蚀的机理和特点。提出了核电站腐蚀控制方面材料选择、设计的一些措施。     

国产热浸锌链条在海洋环境中的腐蚀初步探讨

通过海港试验和盐雾加速试验,对热镀锌CM490和CM690两种型号的链条的海水腐蚀性能进行探究,同时比较了世界各港口链条的使用情况,表明此系列热浸锌链条在海洋环境中的耐腐蚀较好。     

南海榆林海域环境因素对钢局部腐蚀的影响

采用典型钢宏观海生物实海验征腐蚀试验，测试分析钢样锈层中主要腐蚀细菌、FeS和钙盐沉淀物．结果表明，由于南海榆林海域水温较高，海生物一年四季生长旺盛，在钢样表面呈不均匀附着，使钢样表面电化学不均匀性增大；榆林站钢样锈层中几种好氧菌及厌氧的硫酸盐还原菌比温度较低的青岛站的高几倍至3个数量级，并呈聚集分布；几种钢样腐蚀产物中的Fes含量榆林比青岛高0．1～1倍左右，南海榆林海域细菌局部腐蚀效应较大，这是加剧钢的局部腐蚀的两个重要因素．     

化学镀镍磷合金在海洋环境中的腐蚀行为

将不同基材、不同磷含量的化学镀镍磷合金镀层样品在南海海洋大气环境中进行大气暴露试验,观察其腐蚀行为,并进行对比分析,优选出海洋环境耐腐蚀性能好的镀层工艺。结果表明,在海洋大气环境中,高磷镀层比中磷镀层耐腐蚀性能好;Q195基材镍磷合金镀层耐腐蚀性能优于铝基材镀层,而铝基材镀层中,LF6M基材镀层优于LF21M基材镀层,LY12-CZ基材镀层耐腐蚀性能最差;海洋大气环境中的Cl^- 是镍磷合金阴极镀层的主要腐蚀原因。     

用于燃气轮机叶片的MCrAlY包覆涂层

本文对用于燃气轮机叶片的MCrAlY包覆涂层进行了综合评述,讨论了涂层的成分选择,制备工艺,抗腐蚀性能及未来发展趋势等。     

Novel accelerated corrosion test for LY 12CZ and LC4CS aluminum alloys

A new accelerated corrosion test--comprehensive environmental test （CET） was developed in order to estimate the outdoor corrosion of aluminum alloys in marine environment. The environmental characteristics in CET were studied by atmospheric corrosion monitor （ACM）, and the morphology of corrosion product was observed by SEM. The correlation between the accelerated corrosion tests and outdoor exposure was discussed. The results show that the anti-corrosion ranking for LY12CZ, LC4CS, clad LY12CZ, and clad LC4CS in CET is the same as that of the alloys exposed outdoor, and ACM study shows that CET demonstrates the .same environmental characteristics as that exposed outdoor. CET is a more accurate accelerated corrosion test, and a mathematical relation was obtained to describe the relation between CET and outdoor test.     

海洋大气环境下镁合金腐蚀行为研究进展

本文综合研究了海洋大气环境下镁合金腐蚀行为的研究进展,比较分析了各种因素对腐蚀行为的影响,对当前研究进展进行总结并对未来研究方向进行展望。在海洋大气环境下,表面薄电解质溶液膜的包覆是镁合金发生电化学腐蚀的主要原因,且多发生局部腐蚀。相比于内陆大气环境,海洋大气中含有较多无机盐气溶胶颗粒,导致点蚀成为主要的局部腐蚀形式。相对湿度的升高会导致薄电解质膜厚度增加,进而加速整体腐蚀速率。随气温上升,镁合金的大气腐蚀速率线性增加,而空气中的CO₂可以抑制NaCl对镁合金的侵蚀。该领域未来需更多关注具体使役环境下合金的腐蚀机理,以及各种环境因素对腐蚀行为的协同作用机制,以指导海洋用镁合金材料的设计和制备。     

沿海地带航空发动机腐蚀研究

将聚酰胺−酰亚胺材料进行霉菌、高温热老化试验及吸湿试验,并采用力学性能测试、玻璃化转变温度测试、表面形貌观察、红外光谱分析等方法,研究聚酰胺−酰亚胺材料的腐蚀老化特性。结果表明：聚酰胺−酰亚胺材料霉菌试验后外观颜色基本不变,拉伸强度有所降低,而延伸率稍有增加;热老化试验后,材料颜色由黄绿色变为棕色,拉伸强度和延伸率基本不变,而玻璃化转变温度有所升高,聚酰胺−酰亚胺中主要的酰亚胺结构、酰胺键和苯环结构均未发生改变;长时吸水后,聚酰胺−酰亚胺材料的拉伸强度降低,且随着湿度提高,强度下降趋势变大,材料弹性模量随着湿度增加而增大,但水分子不与聚酰胺−酰亚胺发生化学反应,水分除去后,材料的尺寸及性能恢复到原始水平。