Protective Effect of the Sputtered TiAlCrAg Coating on the High-Temperature Oxidation and Hot Corrosion Resistance of Ti-Al-Nb Alloy

The effect of a sputtered Ti-48AI-8Cr-2Ag (at. pct) coating on the oxidation resistance of the cast Ti-46.5AI-5Nb (at. pct) alloy was investigated in air at 1000-1100℃. Hot corrosion in molten 75 wt pct Na2SO4+25 wt pct K2SO4 was investigated at 900℃. The scale on the cast TiAINb tends to spall in air, while the scale on coating is very adherent. The sputtered Ti-48AI-8Cr-2Ag coating remarkably improved high temperature oxidation resistance of the cast Ti-46.5AI-5Nb alloy because of the formation of an adherent Al2O3 scale. Due to the inward diffusion of Cr, Kirkendall voids were found at the coating/substrate interface. TiAICrAg coating provided excellent hot corrosion resistance for TiAINb alloy in molten 75 wt pct Na2SO4+25 wt pct K2S04 at 900℃ due to the formation of a continuous Al_2O_3 scale.

元素改性铝化物涂层研究进展

铝化物涂层在高温环境中服役时形成Al_(2)O_(3)膜,从而有效地提高了部件的抗高温氧化和耐热腐蚀性能,延长了部件服役寿命,因此其成为燃气轮机热端部件的重要热防护涂层。然而,单一铝化物涂层在服役时易出现富铝态的β-NiAl相向贫铝态的γ-Ni_(3)Al相的相变,使涂层中的Al含量降低,导致涂层难以持续形成致密Al_(2)O_(3)膜。对利用元素改性(如Si、Cr、Co、Pt、Pd和稀土)提高铝化物涂层的抗高温氧化和耐热腐蚀性能进行了概述,指出Pt元素能同时促进Al元素氧化成致密的Al_(2)O_(3)膜和提高氧化膜的抗剥落能力,对铝化物涂层的高温性能改性效果最好;基于单元素改性效果,发展了多种元素(二元和三元)共改性铝化物涂层,以Pt与阻碍涂层与基体间元素扩散的元素或抑制相变元素的共同改性能更有效提高铝化物涂层的性能;最后,未来改性铝化物涂层的发展趋势可能是Pt与稀土或其他元素更高元共改性(四元或五元)。

模拟海洋环境Ti_(2)AlNb合金高温腐蚀行为研究

通过设计高温氧化试验、高温热盐腐蚀试验、高温热盐-水汽协同腐蚀试验,系统开展模拟海洋环境Ti_(2)AlNb合金的高温腐蚀行为与机理研究。利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析Ti_(2)AlNb合金物相结构特征、微观腐蚀形貌及腐蚀产物成分。研究结果表明,经650℃氧化400 h后,Ti_(2)AlNb合金的氧化增重仅为0.507 mg/cm^(2),表面原位生成均匀致密的氧化层,其厚度约3μm。经650℃热盐腐蚀400 h后,Ti_(2)AlNb合金增重高达4.049 mg/cm^(2),表面氧化层呈棕黄色且厚度高达150μm。热盐试验过程中混合盐共晶反应产生的Cl_(2)作为催化载体加速合金腐蚀降解,其诱导形成的气态氯化物及腐蚀产物(如NaNbO_(3)和Na_(2)TiO_(3))最终导致氧化层的严重开裂和剥落,使合金整体严重失效退化。经650℃热盐-水汽协同腐蚀400 h后,Ti_(2)AlNb合金的腐蚀损伤进一步加剧,水汽环境导致其表面氧化层腐蚀降解及HCl形成,而HCl内渗进一步加速了基体合金降解。此外,混合盐的内扩散及其共晶反应所产生的Cl_(2)会与水反应再次形成HCl,而HCl进一步加速Ti_(2)AlNb腐蚀降解进程,并导致大量疏松腐蚀产物堆积和脱落,即高温热盐-水汽强耦合效应严重威胁Ti_(2)AlNb合金的服役寿命。

高温碱水巷道锚杆腐蚀机理与热浸锌防腐围岩控制技术研究

针对高温、碱性淋涌水(以下简称“碱水”)条件下锚杆腐蚀破坏造成的巷道严重变形与支护失效难题,以兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿(以下简称“赵楼煤矿”)5305运输巷为研究背景,通过实验室实验,分析碱水、高温共同作用下锚杆腐蚀破坏特征和力学性能衰减规律,揭示锚杆腐蚀破坏机理,进而确定锚杆热浸锌防腐关键参数,并揭示其防腐机理。研究结果表明,锚杆腐蚀呈现出由肋间“点”到锚杆“面”的渐序腐蚀变化过程;锚杆体屈服载荷、破断载荷随侵蚀时间的增大呈线性下降,延伸率随侵蚀时间的增大呈负指数函数降低。高温、碱水作用下铁离子循环发生氧化和脱水反应,生成Fe_(2)O_(3)并脱落是锚杆腐蚀破坏的内在机理;锚杆热浸锌可有效提高其耐腐蚀性能,且最佳热浸锌厚度为60μm。高温、碱水作用下浸锌锚杆表面生产稳定的ZnO钝化层可有效阻止锚杆腐蚀破坏和力学性能衰减。通过赵楼煤矿现场工业性试验,验证了锚杆热浸锌防腐与围岩控制的有效性。

Gd-Sc(Yb)-YSZ陶瓷涂层的隔热性能及抗CMAS热腐蚀性能研究

采用两步水热法制备了组成分别为Zr_(0.87)Y_(0.07)Gd_(0.02)Sc_(0.04)O_(1.94)(Gd-Sc-YSZ)和Zr_(0.87)Y_(0.08)Gd_(0.03)Yb_(0.02)O_(1.94)(Gd-Yb-YSZ)的两种含有半空心球的陶瓷粉末。将上述陶瓷粉末造粒并通过大气等离子喷涂在渗铝涂层表面分别制备两种陶瓷层,组成了陶瓷层/渗铝层/NiCrAlY/DZ40M热障涂层,并分别测试了这两种热障涂层和传统YSZ涂层在热源温度1050℃和1400℃下的隔热温度及在1250℃下的抗CMAS热腐蚀性能。结果表明:Gd-Yb-YSZ和Gd-Sc-YSZ两种涂层在1400℃保温6h后其表面完好且没有脱落,两种涂层主要由亚稳四方相(t'-ZrO_(2))组成,这说明这两种涂层均有望在1400℃长期使用,在此高温条件下渗铝层对陶瓷层在NiCrAlY合金表面的黏结稳定性具有关键作用。在1050℃和1400℃热源条件下,相比于YSZ涂层,Gd-Yb-YSZ、Gd-Sc-YSZ涂层的隔热温度更高,且其热导率仅为YSZ涂层的0.35~0.5倍,即通过掺杂Gd、Yb、Sc,YSZ涂层的隔热效果显著提升。YSZ涂层经历1250℃的CMAS热腐蚀1h后发生边缘脱落,Gd-Yb-YSZ涂层在6h后仅中央变粗糙,而Gd-Sc-YSZ涂层6h后仍完好无损。Gd-Sc-YSZ和Gd-Yb-YSZ涂层的抗CMAS热腐蚀性能远优于YSZ涂层,特别是Gd-Sc-YSZ涂层。

Ti_2AlNb合金在不同温度下的热盐腐蚀行为

为提高Ti_2AlNb合金作为航空发动机部件在海洋环境下服役的可靠性,研究名义成分为Ti-22Al-23Nb-1Mo-1Zr(原子分数/%)的Ti_(2)AlNb合金在550,650,750℃时涂盐Na_(2)SO_(4)/NaCl(95/5,质量比)的热腐蚀行为,绘制不同温度下合金的腐蚀增重曲线,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对热盐腐蚀后合金的表面形貌、截面结构以及腐蚀产物进行观察分析。结果表明:550℃时合金腐蚀速率较低,表面氧化层平直、致密且完整,表现出优异的抗热盐腐蚀能力;650℃时合金腐蚀增重曲线符合抛物线规律,氧化层表面发生小范围的剥落,内部出现裂缝且有轻微的分层现象,合金整体上表现出良好的抗热盐腐蚀能力;750℃时合金腐蚀过程中出现明显减重,氧化层表面严重开裂剥落,内部出现明显的层状结构,由两种腐蚀产物层交替叠加:其中主要腐蚀产物层以TiO_(2)为主并含有NbAlO_4等多种腐蚀产物,另一层以NaNbO_(3)为主,合金的抗热盐腐蚀能力严重下降。

DyF_(3)对三明治结构热变形NdFeB磁体温度稳定性和耐腐蚀性能的影响

为了提高热变形NdFeB磁体的热稳定性和耐腐蚀性能,设计了一种添加DyF_(3)的三明治结构热变形磁体。通过对磁体上下端添加不同含量DyF_(3)粉末,调控磁体上下端晶界相的相组成、结构及成分,提高磁体的耐腐蚀性能,另一方面Dy元素部分扩散进入主相,形成了(Nd,Dy)_(2)Fe_(14)B相提高磁体磁晶各向异性场,优化热变形磁体的温度稳定性。利用脉冲磁场磁强计测试三明治结构热变形磁体的磁性能,得到高达2.16 T的矫顽力。利用电化学工作站测试三明治结构热变形磁体的极化曲线,其腐蚀电流速率较基体降低一个数量极。失重实验测试168 h后,近表面添加5%(质量分数)DyF_(3)的三明治结构热变形磁体单位表面积失重(0.061 mg·cm^(-2))远低于基体单位表面积失重(1.172 mg·cm^(-2))。微观结构分析表明,富Nd相和F元素、O元素和Dy元素分别生成NdF_(3)和Dy_(2)O_(3)化合物。XRD分析表明三明治结构热变形磁体上下端添加DyF3后织构会变差。该研究为提高热变形NdFeB磁体的温度稳定性和耐腐蚀性提供了一个新思路。

几种电弧喷涂涂层抗热腐蚀性能研究

本文研究了两种铁基合金、两种镍基合金的电弧喷涂涂层，在650℃表面涂盐情况下的腐蚀动力学规律，并对腐蚀后的涂层表面进行了分析。试验结果表明，两种铁基合金涂层发生了较严重的以加速氧化为特征的低温热腐蚀。两种镍基会金涂层具有良好的耐蚀性能。其中，国产的SL30材料（一种高铬、高镍合金）制备的涂层抗腐蚀性能与美国的45CT材料相差不多，价格相对较低，是一种综合性能优异的材料。

热变形温度对7085铝合金组织和性能的影响

对7085铝合金进行温度范围为350～450℃的恒应变速率热压缩实验,模拟其工业等温锻造过程。采用金相显微镜、扫描电镜、力学性能测试、剥落腐蚀测试以及应力腐蚀开裂(SCC)测试技术研究热变形温度对7085铝合金锻件的显微组织、力学性能、剥落腐蚀性能以及应力腐蚀性能影响。研究结果表明:在350和400℃下变形的合金在热压缩与压缩后缓冷过程中未发生再结晶,而在420和450℃下变形的合金再结晶迹象明显;7085变形态合金经固溶与时效处理后,合金时效态的再结晶程度以及平均晶粒尺寸随变形温度的升高而增大;7085合金时效态的室温强度随变形温度升高而减小,塑性降低不显著;不同温度变形的7085合金的断裂模式均为韧性断裂;随着变形温度的升高,7085合金T6态的抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀性能降低。

热处理温度对510L热轧带钢原始氧化皮结构及其腐蚀行为的影响

利用不同温度的热处理工艺改善510L热轧带钢表面原始氧化皮结构,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、EDS、电化学测试方法对不同结构氧化皮的热轧带钢在NaHSO3溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明:当温度低于570℃时,随氧化温度的增加,氧化皮上分布的白色弥散状组织减少,氧化皮的微观形貌由带毛刺的小颗粒状演变成针叶状,氧化皮更致密,氧化皮中的Fe2O3的相对含量增加。不同温度制备的热轧带钢氧化皮的耐蚀性由好到差依次为550,500,450,400,350℃。氧化温度介于570℃>T>450℃时,原始氧化皮的耐蚀性可通过热处理得到改善。

Super304H在模拟烟气环境下的腐蚀行为

应用XRD、SEM(EDS)和EMPA等分析方法研究了预涂覆碱金属硫酸盐的Super304H在模拟烟气环境下的高温腐蚀特性。结果表明,Super304H在模拟气氛下的腐蚀动力学呈"抛物线"趋势递增;腐蚀产物由较多的富铁氧化物、部分Cr2O3以及少量尖晶石结构的复杂氧化物与Fe/Ni硫化物组成;SO2浓度的提高加速了合金的腐蚀,氧化膜明显增厚,与基体结合程度变差甚至剥离,腐蚀影响区孔隙密度增大,腐蚀深度增加。分析认为:Super304H在模拟烟气环境中的腐蚀归因于合金元素的氧化与硫化、三元共晶复合盐的形成以及金属(氧化物)在熔盐中的溶解。

碳钢热浸渗铝性能研究

对热处理后的热浸镀铝钢进行研究,采用金相法对其显微组织进行分析,采用冲刷磨损试验、腐蚀试验及高温氧化试验对其进行性能测试分析。耐磨试验和腐蚀试验表明:钢经渗铝后,其合金相硬度较高,具有较好的耐磨性,合金层表面的渗层对基体起到了阴极保护作用,提高了其耐腐蚀性能。高温氧化实验结果表明:渗铝钢抗高温氧化性能远远优于碳钢基体,与不锈钢的抗高温氧化性能相当。

机载武器抗烧蚀防护涂层的研究

分析了高温、高速烧蚀 腐蚀机理,通过涂料抗燃气烧蚀的冷、热模拟试验及发动机模拟试验,评估了有关航空涂料在高温、高速燃气烧蚀条件下的使用性能,研制了适合某型发射装置和类似工况使用的防护涂层及标志涂料。

铝硅涂层在1050℃下混合硫酸盐中的热腐蚀行为

采用粉末共渗法在镍基高温合金表面获得约为300μm厚的铝硅涂层,考察了其在1050℃下混合硫酸盐（Na2SO4＋25%K2SO4）中的热腐蚀行为,较为系统地研究了其热腐蚀动力学行为及其机制、熔盐作用下氧化膜的生长与破坏过程和热腐蚀不同时间后的腐蚀产物等。结果表明,相对于已有铝硅涂层在高温条件下（850~980℃）热腐蚀的相关研究,其在1050℃超高温下混合硫酸盐中的热腐蚀更加严重,这与超高温下熔盐对保护性氧化膜的熔解作用更强密切相关。在本实验条件下,铝硅涂层在1050℃下混合硫酸盐中热腐蚀70 h后已趋于失效,当热腐蚀90 h时其腐蚀层深度已达约75μm;此时,不仅涂层中Al和Ni直接与熔盐相互作用,而且Cr、Si也参与了与熔盐的反应,同时高温合金基体中的Ti也已扩散至表面。

锅炉“四管”用耐磨耐蚀涂层研究进展

总结了锅炉“四管”失效的形式和机理。热腐蚀和高温冲蚀磨损是锅炉“四管”失效的主要原因,采用热喷涂金属涂层、陶瓷涂层及金属陶瓷复合涂层等可以有效控制热腐蚀和高温冲蚀磨损。目前制备高性能涂层常用的方法有等离子喷涂、电弧喷涂、超音速火焰喷涂等。详细介绍了高镍铬合金涂层的研究状况和喷涂工艺的特点,最后展望了纳米结构涂层在该领域的研究进展和应用前景。

DZ40M合金Al-Si涂层高温防护性能研究

采用料浆渗技术在DZ40M钴基高温合金基材上制备了Al-Si涂层,研究了涂层在1000℃下的高温氧化行为和900℃下的燃气热腐蚀行为。结果表明,料浆渗Al-Si涂层明显改善了DZ40M合金的抗高温氧化性能,涂层主要由CoAl相组成,随着氧化时间的增加,CoAl相发生了退化,逐渐转变成α-Co相;涂层与合金都具有较好的抗热腐蚀性能。

FeCrAl合金涂层抗高温氧化及热腐蚀性能研究

采用线材火焰喷涂工艺制备了锅炉管道FeCrAl涂层;评价了它的抗高温氧化和热腐蚀特征,并与钢研102G钢进行了对比.研究结果表明:与102G钢相比,FeCrAl涂层具有优良的抗高温氧化及抗硫酸盐热腐蚀性能.采用扫描电镜以及X-衍射分析,探讨了FeCrAl涂层的抗高温氧化和热腐蚀机理.

HR3C钢在模拟燃用高硫煤锅炉环境中的高温烟气腐蚀行为

在模拟燃用贵州六枝高硫煤的650,700℃下烟气/煤灰腐蚀环境中,对超超临界机组锅炉用HR3C钢进行了600h的烟气腐蚀试验。通过腐蚀动力学曲线、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、拉曼光谱(Raman)等研究了HR3C钢的高温烟气腐蚀行为及腐蚀产物生成机理。结果表明:随着温度升高,HR3C钢腐蚀速率加快;650℃腐蚀以高温氧化为主,基体表面形成一层致密的保护性氧化膜,其主要成分是Cr2O3与Fe2O3的混合物;温度升高至700℃,腐蚀产物由单层结构转化为双层结构,外层富含Fe,内层富含Cr;HR3C钢在700℃发生一定程度的低温热腐蚀,但腐蚀速率低于国外报道结果,仍具有良好的抗烟气腐蚀能力。

高温防护金属涂层的发展及活性元素效应

高温防护涂层(一般为金属基)被广泛用于航空发动机和大型地面燃气轮机关键热端部件(例如涡轮叶片)的防护。通过生成一层致密且生长缓慢的氧化膜(Al_2O_3,Cr_2O_3或SiO_2等),这类涂层可以在高温下为基体合金提供可靠防护,以防止基体合金被快速氧化腐蚀侵害。本文回顾了高温防护金属黏结层的发展历程(以铝化物涂层和MCrAlY包覆涂层为例),其改进总是围绕着提高涂层中Al的浓度及合理分布,以及缓和涂层与基体合金的互扩散为目标;重点关注高温防护涂层中添加活性元素(RE)后引入的活性元素效应,包括活性元素被发现的历程、活性元素改性作用机制以及近期研究者在活性元素掺杂方面的工作进展。

TiAl的抗环境性研究

TiAl吸氢量小,抗高温吸氢性优异。与镍基合金相比,TiAl抗燃气热腐蚀性及抗熔盐热腐蚀性均较好。TiAl的抗氧化性有限,未经表面改性处理时在800℃以上尚不足以使用。合金化元素、显微组织、机械载荷、表面状态等均可影响TiAl的高温氧化行为。