Al_(2)O_(3)覆盖层制备工艺对YSZ涂层耐熔盐腐蚀性能的影响

高密度石墨(HDG)由于其良好的抗热震性和高温强度,被认为是极具应用前景的坩埚候选材料之一。然而,熔盐电解法处理乏燃料过程中,高密度石墨坩埚会与高温氯化物熔盐、乏燃料等具有腐蚀性的介质直接接触,从而对坩埚造成腐蚀,影响坩埚的稳定性和使用寿命。坩埚表面等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层被证实具有优异的性能,但是涂层本身所存在的孔洞、裂纹以及液滴等缺陷严重制约了YSZ涂层在高温下的性能。因此,通过密封处理方法来提高涂层的致密度显得尤为迫切。本文利用磁控溅射(PVD)法和金属有机分解(MOD)法在等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层表面制备了Al_(2)O_(3)覆盖层,研究了这两种方法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层对YSZ涂层在NaCl-KCl熔盐中的抗腐蚀性能的影响,并利用SEM、EDS、XRD等对腐蚀前后涂层的形貌以及微观结构进行了详细表征。结果表明:PVD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层主要分布于YSZ涂层表面,使其表面致密度得到一定程度提升,但涂层内部的致密度以及耐蚀性能并没有得到显著提升;MOD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层可有效填充YSZ涂层表面的缺陷,如裂纹、孔洞等;同时MOD前驱体溶液固有的浸润性使得前驱体容易渗透进入涂层内部,进而有效填充YSZ涂层内部的缺陷,从而提高涂层的致密度。以上结果表明,采用MOD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层使YSZ涂层的耐蚀性能得到了显著提升,同时Al_(2)O_(3)覆盖层的存在也有效减少了涂层内部稳定剂的消耗。

Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)SiO_(5) EBC涂层组织结构及熔盐腐蚀行为研究

目的 研究Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)Si O_(5) 3层EBC涂层的抗熔盐腐蚀性能。方法 采用真空等离子喷涂工艺在试样表面单面制备Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)Si O_(5) 3层结构的EBC涂层,选用尺寸为Ф25 mm、厚度为5 mm的SiC_(f)/SiC复合材料基体试样,在900℃、NaCl(质量分数为50%)+Na_(2)SO_(4)(质量分数为50%)混合盐中进行连续100 h的熔盐腐蚀试验,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等观察和测试3层EBC涂层熔盐腐蚀前后的形貌,分析其组织结构以及该EBC涂层在熔盐腐蚀过程中的化学反应机理。结果 经过连续100 h、900℃的熔盐腐蚀,基体SiC_(f)/SiC复合材料被完全腐蚀掉;底层Si和Yb_(2)O_(3)出现了部分缺失、涂层不完整的现象;中间层Yb_(2)Si_(2)O_(7)在熔盐腐蚀后形成了大量孔洞,但依然基本保持了其原有的涂层框架尺寸;面层Yb_(2)Si O_(5)在涂层厚度尺寸上与熔盐腐蚀之前的尺寸基本一致,熔盐腐蚀后结构致密,维持了自身的化学稳定性。结论 SiC_(f)/SiC复合材料本身不具有抗熔盐腐蚀能力,底层Si和Yb_(2)O_(3)涂层的抗熔盐腐蚀性能较差,体系中Yb_(2)Si_(2)O_(7)中间层具有一定的抗熔盐腐蚀性能,而Yb_(2)SiO_(5)面层具有良好的抗熔盐腐蚀性能,因此在Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)Si O_(5) 3层结构EBC涂层体系中,按抗熔盐腐蚀能力由低到高排序为:底层Si和Yb_(2)O_(3)<中间层Yb_(2)Si_(2)O_(7)<面层Yb_(2)Si O_(5),本体系中的EBC涂层具有良好的抗熔盐腐蚀性能。

PS-PVD制备YSZ热障涂层抗熔盐腐蚀研究

为提高舰船燃气轮机上热障涂在海洋环境中层的工作寿命,研究了新型热障涂层在模拟海洋环境下的腐蚀性能。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,在已喷涂粘结层(NiCoCrAlY)的DZ40M高温合金基体上制备7YSZ陶瓷层,然后用Na2SO_(4)(质量分数45%)+V2O5(质量分数55%)混合熔盐在1050℃下对涂层进行腐蚀实验。利用场发射-扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪对涂层表面和截面的组织结构及1050℃高温熔盐腐蚀后涂层的物相组织和熔盐渗透深度进行了分析。研究结果表明,硫酸盐与钒酸盐的混合盐对涂层中的TGO层破坏显著,t′-ZrO_(2)相变与TGO的生长是导致涂层脱落的主要原因。

一种耐熔盐腐蚀镍钼铬合金型材的加工方法

专利申请号:CN201910972709.0公开号:CN110695091A申请日:2019.10.14公开日:2020.01.17申请人:中国科学院上海应用物理研究所本发明公开了一种耐熔盐腐蚀镍钼铬合金型材的加工方法。本发明加工方法包括多个道次的冷轧以及冷轧结束后的固溶热处理,并且在每相邻道次冷轧之间均至少进行一次中间热处理,所述中间热处理的温度为700~1 000℃,保温时间大于10 min.

熔盐腐蚀行为及防护技术综述与展望

本论文综述了熔盐腐蚀行为及其对材料性能和设备寿命的影响。首先介绍了熔盐腐蚀的基本概念和特点,包括腐蚀机理、腐蚀类型和腐蚀行为。然后分析了目前熔盐腐蚀防护技术的现状,包括材料选择、涂层技术和表面改性等方面的应用。接着展望了未来熔盐腐蚀防护技术的发展方向,包括纳米材料、高温合金和仿生材料等新兴技术的应用前景。最后,综合分析了熔盐腐蚀行为和防护技术的研究现状,提出了进一步研究的方向和重点。

Er_(0.5)Yb_(1.5)Si_(2)O_(7)环境障涂层高温CMAS熔盐腐蚀行为研究

硅基陶瓷材料以其优异的性能成为新一代航空发动机热端的候选材料,其在恶劣的服役环境中需要环境障涂层(Environmental Barrier Coating,EBC)的保护。以稀土硅酸盐为面层的第三代EBC是目前研究的热点之一。采用大气等离子喷涂工艺制备了Er_(0.5)Yb^(1.5)Si_(2)O_(7)环境障涂层面层样品,研究涂层在钙镁铝硅酸盐(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)覆盖浓度15 mg/cm^(2)、保温温度1350℃、保温时间5 h的腐蚀条件下的腐蚀行为。研究发现Er_(0.5)Yb_(1.5)Si_(2)O_(7)涂层与CMAS反应后产物为磷灰石相Ca_(2)(Er_(0.25)Yb_(0.75))_(8)(SiO_(4))_(6)O_(2)与Er_(0.5)Yb_(1.5)Si_(2)O_(7)相,涂层顶部残留CMAS熔盐,内部出现反应区和渗透区。

金属熔盐腐蚀的电化学评定方法——极化曲线拟合法

根据高温熔盐体系中腐蚀金属电极的极化行为特征,提出了与之相适应的极化曲线方程。在腐蚀过程的阴极或阳极反应是准可逆的情况下,腐蚀金属电极的极化曲线方程式包含5个以上电化学参数。本文证明,利用分段曲线拟合,再用随机尝试法加以优化,可以求得合适的初始值,使迭代收敛,从而求得电化学参数。编制了一个BASIC语言的计算程序,并讨论了编制程序时应考虑的问题。

热障涂层(TBCs)高温氧化及熔盐腐蚀性能的研究

对ＺｒＯ２－８ｗｔ％Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）不同结构的热障涂层（ＴＢＣｓ）在１０５０℃、９００℃进行氧化及腐蚀试验．结果表明，结合层中加入ＹＳＺ，增大了Ｎｉ１６Ｃｒ８Ａｌ颗粒的表面积，氧化速率增加；结合层的氧化是ＴＢＣｓ性能下降的主要原因；在含硫的腐蚀环境下，面层中稳定组元Ｙ２Ｏ３的分解析出，破坏了ＹＳＺ的稳定性，改变了面层的应力状态，导致ＴＢＣｓ早期破坏．

溶胶-凝胶法制备钛酸铝薄膜及其抗熔盐腐蚀性能

以钛酸四丁酯和硝酸铝为原料,乙醇为溶剂,通过溶胶-凝胶法在碳化硅基片上制备钛酸铝薄膜。借助DSC-TG、XRD、FE-SEM和SEM研究了钛酸铝干凝胶在热处理过程中的热重效应与相变化、薄膜的晶相组成、显微结构及其抗硝酸钠熔体腐蚀性能。结果表明:制备的钛酸铝薄膜表面均匀、致密,晶粒尺寸在100nm左右,具有良好的抗硝酸钠熔体腐蚀性能。

CeO_2/ZrO_2-Y_2O_3纳米热障涂层高温熔盐腐蚀性能及失效机理

采用两种热障涂层材料分别是纳米8%Y_2O3-ZrO_2(以下简称为YSZ)和在8%Y_2O_3-ZrO_2中掺杂25%的纳米CeO_2(以下简称为CSZ),应用大气等离子喷涂技术在GH30高温合金钢表面上制备了YSZ和CSZ隔热涂层,测试了两种涂层在950℃时耐Na_2SO4熔盐腐蚀的能力,使用SEM、XRD和EDS技术对涂层的失效机理进行了分析,结果表明:腐蚀60h后,YSZ涂层大面积脱落并且出现了t-ZrO_2→m-ZrO_2转变,而CSZ涂层基本无脱落,保持t-ZrO_2。CSZ阻止腐蚀介质进去涂层的能力强于YSZ,抗高温熔盐腐蚀性能优于YSZ。

碳化硅陶瓷的熔盐腐蚀

系统总结了碳化硅陶瓷的高温熔盐腐蚀行为 ,包括熔盐的化学性、腐蚀动力学、材料在腐蚀过程中的性能变化 。

1Cr13不锈钢渗铝工艺及其熔盐腐蚀行为的研究

选用成本相对不是很高且在高温下具有一定抗氧化性能的1Cr13不锈钢为基体,通过热浸渗铝工艺在基体上制备了一层Fe-Al合金渗层。随后在不同扩散温度、不同扩散时间下进行了热扩散实验。最后分别对未经渗铝和经过渗铝的1Cr13不锈钢在由Na_2CO_3、K_2CO_3和Li2_CO_3组成的三元(Na-K-Li)_2CO_3混合碳酸熔盐中的腐蚀行为进行了研究。采用扫描电镜和能谱仪对腐蚀区的形貌和成分进行了分析;采用X射线衍射仪对腐蚀产物进行了物相分析,并测定了表面的腐蚀动力学曲线。结果表明:当热浸镀温度为750℃时,扩散温度为800℃,扩散时间为6 h,得到的Fe-Al合金渗层的综合性能最佳。此外,渗铝1Cr13不锈钢表面形成了具有保护性的由Al_2O_3和LiAlO_2组成的氧化膜,这对1Cr13不锈钢熔融盐耐蚀性的提高有明显作用。

熔盐腐蚀过程中氧化膜破裂的监测

结合电化学、声发射测试技术研究热腐蚀过程中的氧化膜破裂。结果表明,合金表面保护性氧化膜的破裂会产生相应的电化学、声发射信号。声发射技术能为研究氧化膜的破裂及破裂前后的氧化膜的变化提供有价值的信息。

太阳能热发电高温熔盐腐蚀机理及其影响因素

为了解决太阳能热发电中存在的腐蚀行为,从腐蚀机理和影响因素两方面分析了硝酸盐熔盐流体中存在的金属腐蚀行为。理论计算显示,当O^(2-)浓度小于23或者材料电极电压低于-1.6 V时,在碳钢材料表面才能生成稳定的耐腐蚀性氧化层。为了进一步分析金属材料在硝酸盐熔盐流体中的腐蚀问题,从硝酸熔盐的工作温度、杂质、成分变化、金属材料的成分和组织、表面涂层等方面系统阐述了其腐蚀过程,并对太阳能热发电的腐蚀发展进行了展望。

熔盐腐蚀过程中的内氧化、硫化对FeAl金属间化合物晶间脆性的影响

应用电化学技术及物相分析技术研究FeAl系金属间化合物在熔融NaCl-(Na,K)_2SO_4体系中的热腐蚀行为。结果表明,FeAl合金耐蚀性能较差。合金表面没有形成完整的保护性Al_2O_3氧化膜,而是遭受了严重的内氧化、硫化,且内氧化、硫化主要沿晶界发生。在局部内氧化、硫化严重区域,材料明显变脆,Zr的添加虽可改善FeAl合金的耐蚀性能,但其作用尚不足以抑制合金内硫化、内氧化的发生。而B的微量添加效果十分明显,合金表面发展出较完整的富Al_2O_3氧化层,合金不再遭受内硫化、内氧化。

生物质富氧燃烧模式下KCl熔盐腐蚀特性研究

生物质直燃和富氧燃烧技术耦合使CO_(2)负排放成为可能。但与常规的化石燃料相比,生物质中含有大量的碱金属化合物,可能加剧锅炉受热面的腐蚀风险,为锅炉运行带来安全隐患。KCl是生物质灰的重要组成之一,研究KCl熔盐对受热面的腐蚀规律具有重要意义。在模拟烟气高温腐蚀试验系统上进行KCl的熔盐腐蚀试验研究。选用2种过热器、再热器材料(TP347H、HR3C)制片,采用新型的镀盐系统模拟碱金属在管壁上的冷凝过程,进而在不同模拟烟气环境下开展腐蚀增重试验,最终对腐蚀试片进行微观形貌及产物成分分析。结果发现,熔盐腐蚀和气氛腐蚀的增重曲线整体随时间呈抛物线变化;相同腐蚀温度条件下,过热器、再热器表面沉积KCl时,腐蚀速率比气氛腐蚀显著提高;温度升高能显著加剧材料腐蚀,与450℃相比,2种材料在650℃下的平均腐蚀速率提高16倍以上;与常规空气燃烧模式相比,富氧燃烧模式下,CO_(2)能促使Cr元素向金属表面迁移,进而对金属表面起保护作用,减轻富氧燃烧模式下的腐蚀程度;高湿烟气环境下,水蒸气能一定程度上抑制2种管材的熔盐腐蚀过程;与TP347H相比,Cr、Ni含量较高的HR3C耐熔盐腐蚀性能更强。

Ba_(1-x)Sr_xAl_2Si_2O_8体系环境障碍涂层材料在1000℃空气环境下的抗熔盐腐蚀性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了3种不同钡锶物质的量比的Ba1-xSrxAl2Si2O8(BSAS)体系粉体材料,其钡、锶物质的量比分别为1∶0、0.75∶0.25、0∶1。将烧结得到的BSAS块体材料表面喷涂(8.5±0.2)mg/cm2的Na2SO4后,置于1000℃空气环境中进行熔盐腐蚀实验,研究其抗熔盐腐蚀性能。根据样品质量随腐蚀时间的变化,结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜形貌分析(SEM)等结果,揭示其抗熔盐腐蚀机理。结果表明,B0.75S0.25AS腐蚀100h后质量变化最小,XRD分析其成分未发生明显变化,说明B0.75S0.25AS在1000℃时的抗熔盐腐蚀性能优于其它物质的量比的BSAS材料。

Dy2O3改性YSZ相稳定性及熔盐腐蚀行为

以固相烧结法制备不同含量Dy2O3掺杂的YSZ陶瓷材料(DYSZ),通过XRD和SEM等表征手段研究了DYSZ材料的相稳定性及熔盐腐蚀行为.结果表明:在1500℃热处理24 h后,Dy2O3摩尔分数为6%的DYSZ材料有少量单斜相出现,随着掺量的增加,材料表现良好的相稳定性;在低温老化处理过程中,DYSZ材料具有较8YSZ材料更好的相稳定性.在熔盐腐蚀条件下,稳定剂Dy2O3优先析出与V2O5熔盐反应生成DyVO4,造成t/c-ZrO2向单斜相转变,相变应力及腐蚀产物生成与不规则生长造成材料的开裂失效.

Cr_2O_3掺杂对17Ni/(10NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷的致密化及抗熔盐腐蚀性能的影响

采用常规冷压烧结技术制备Cr_2O_3掺杂17Ni/(10NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷试样,并研究Cr_2O_3不同掺杂量对金属陶瓷材料物相组成、显微组织、烧结致密化和电解温度(960℃)下的抗熔盐腐蚀性能的影响。结果表明:Cr_2O_3掺杂后固溶在陶瓷基体相NiFe_2O_4晶格内,导致晶格发生畸变,促进了烧结致密化。随着Cr_2O_3掺杂量逐步加大,试样的致密度也逐步提高,当Cr_2O_3掺杂量达到4%时,致密度高达99%,比未掺杂Cr_2O_3的试样提高了4.98%。同时发现掺杂适量的Cr_2O_3能够明显改善17Ni/(10NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷抗熔盐腐蚀性能,当Cr_2O_3的掺杂量为2%时,试样在熔盐腐蚀中更易生成致密的腐蚀反应层,抗熔盐腐蚀性能最优异,熔盐腐蚀率最低,为1.7736×10^(-3)g·cm^(-2)·h^(-1),约为未掺杂Cr_2O_3的1/3。

氮化硅陶瓷的熔盐腐蚀研究进展

氮化硅陶瓷具有优良的高温性能,广泛应用于各种高温部件中,但由于在高温时氮化硅在热力学上不稳定,易和环境介质反应产生腐蚀失效,因此氮化硅陶瓷抗腐蚀性能研究近年越来越得到重视。本文简述了氮化硅陶瓷熔盐腐蚀的背景及腐蚀性能测试方法,对氮化硅陶瓷在多种钠盐中的熔盐腐蚀机理、动力学研究等进行归纳总结,并对今后提高氮化硅陶瓷抗腐蚀性能研究提出了建议。