【摘要】：鈷基高溫合金比鐵基、鎳基合金具有較低的熱膨脹系數(shù)、較好的抗高溫氧化和耐腐蝕性能及較高的導熱性能,因此常用來制造汽車、船舶發(fā)動機及各種燃氣渦輪的熱端零部件。然而對于現(xiàn)代動力裝置,特別是在航天、航空、船舶等領(lǐng)域使用的渦輪盤、渦輪葉片及重型燃氣機的氣門、氣門座等長期承受高溫氧化和燃氣殘留物的熱腐蝕,造成表皮氧化脫落,成為熱端部件主要的失效形式之一。因而開發(fā)高性能的抗高溫耐腐蝕合金材料以防關(guān)鍵零部件的失效,對延長高溫熱端零部件使用壽命及提高發(fā)動機設備動力裝備質(zhì)量具有重要意義。Te是一種稀散元素,微量的Te能提高合金粉末的自熔性,在燒結(jié)時不僅起到排氣清渣凈化合金,削弱有害元素的不利影響的作用之外,還顯著改善其綜合性能,是當代高新科技材料不可或缺的點睛元素之一。因此研究添加微量Te元素的鈷基合金,對提高鈷基合金抗熔鹽熱腐蝕性能,改善高溫熱端零部件制品的質(zhì)量具有十分重要的意義。從國內(nèi)外高溫合金制備技術(shù)的研究情況來看,粉末冶金制品組織穩(wěn)定,成分均勻,無明顯宏觀偏析,是提高高溫合金材料抗氧化腐蝕性能的有效手段之一。因此本研究采用粉末冶金燒結(jié)含碲鈷基合金試樣,然后將不同Te含量(0、0.4wt.%、0.8wt.%、1.6wt.%、2.4wt.%)的鈷基合金置于800±5℃75%Na_2SO_4+25%NaCL溶鹽環(huán)境中進行熱腐蝕實驗,用分析天平、金相顯微鏡、XRD衍射儀、掃描電鏡等設備儀器分別研究合金熱腐蝕和高溫氧化腐蝕行為,結(jié)果表明:(1)鈷基合金中加入Te元素后,在800±5℃75%Na_2SO_4+25%NaCl溶鹽腐蝕環(huán)境下能提高氧化膜的致密性、連續(xù)性和穩(wěn)定性。隨著Te元素質(zhì)量份數(shù)增加,合金腐蝕速率逐漸降低。其中,富Cr相在合金晶界處均勻析出,形成CoTeO_3、Fe_2TeO_5、CrTe等新相分布于合金基體。在高溫熔鹽腐蝕過程中,富Cr相形成Cr_2O_3氧化膜以及含Te的化合物新相能抑制Co原子向晶界擴散,避免合金基體中的Co元素溶解,阻止熔鹽深度腐蝕,提高合金的熱腐蝕性能。(2)不含Te及含Te1.6wt.%的鈷基合金試樣在800℃高溫氧化初期,腐蝕產(chǎn)物增重較快,整個過程符合Wagner的拋物線氧化理論規(guī)律。氧化后期,鈷基合金在晶界處形成Cr_2O_3、SiO_2等氧化膜團塊,致密性較差,容易產(chǎn)生氧化膜應力而脫落,在合金氧化膜表面造成疏松或孔洞。含Te1.6wt.%的鈷基合金,形成的碲化合物相,一方面促進發(fā)生選擇性氧化反應,在試樣最外層形成連續(xù)致密的Cr_2O_3保護膜,另一方面在氧化膜中起到釘扎作用(阻止氧化膜爆裂脫落),形成SiO_2、WO、Fe_2O_3等過渡層氧化膜,提高合金的抗高溫氧化性能。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF125
【圖文】：

1.1 引言金屬 材料 的腐 蝕現(xiàn) 象普 遍存 在 于 工業(yè) 生產(chǎn) 的 各個 領(lǐng)域 中， 其腐 蝕過程及 腐蝕 原理 也相 當復 雜， 涉及 冶金 學 、 化學 、物 理化 學、 電化 學 、 金屬工 藝學 等諸 多 科學 領(lǐng)域 ，是 材料 耐 腐蝕 性 研究 的一 項重要 課題 。航 空發(fā)動 機 、燃氣 輪機 和內(nèi) 燃機 發(fā)動 機等 裝 置 的燃 燒室 所用 燃料 通常 含有 硫氯等 有害 元素 ，長 期 使 用會 使 其熱端 部位 的零 部 件 表 面 沉積 一 層 硫酸 鹽和 氯化 鹽 的 混合 物， 在高 溫 下 與空 氣中 的氧 共同 作用 ， 將進一 步惡 化 工況 環(huán)境 ，加速 零部 件 腐蝕（如 圖 1.1），弱化 其物 理化 學 性 能 ，釀成 事故造成 巨大 的經(jīng) 濟損 失 。因此 熱端 零部 件材 料腐 蝕 的問題 一直 是航 天航 空尖端 科 學技 術(shù) 領(lǐng)域 亟 待 攻關(guān) 克服 的一 項關(guān) 鍵技 術(shù) 難 題 。 高溫 合 金 材料 在600~1200℃的溫 度下 仍具 有 較 高 的強 度 、良 好的 熱加 工 工藝 性 、優(yōu) 異的抗氧 化及 抗熱 腐蝕 性能[1]， 是在 高溫 氧化 及熱 腐蝕 等惡 劣工 況下 使用 零部件 的理 想材 料。

到 合金 外 表 面內(nèi) 層， 從 而 減 緩 合金 氧化 速率 ；若 面的 氧 化 物 并 未 連 連續(xù) ， 則 上述 兩種 氧化 機理將 蝕 的 一般 過 程 及 其 機 理 硫 酸鹽 、氯 化鹽 及 含 氧的 高溫 環(huán)境 中 ， 通 常 會發(fā)過 程中 ，因 合金 元素 周圍 氧 與 硫分 壓分 布及 合金因 素， 使得 腐蝕 過程 相當 復 雜 ， 大致 也是 經(jīng)過 物離 態(tài)離 子結(jié) 合過 程。是 金 屬元 素 M 與 氧 、硫 體 系 的 平 衡 相 圖 ， 其 中 P 壓 。 根 據(jù) 此 圖可 知， 合 金 中 的 金 屬 元 素 M 可 發(fā) 生線 左 上 方 ， 合 金 元 素 M 只 發(fā) 生 硫 化 ， 為 硫 化 物 ， 當 氧 化 膜 與 氣 相 界 面 硫 分 壓 較 大 時 ， 則 合 金 面 氧分 壓 較大 時 ，則 發(fā)生 氧化 ；在 Ⅴ -Ⅲ-Ⅵ 區(qū) 域， 合 金 元 素 M 的 氧 化 ，硫 則 以 擴 散 的 形 式透 過 氧 化 合 金 元素 M 氧 化 ，氧 分 壓 下 降 硫 分壓 上 升 ，則 發(fā) 域 ，合 金元 素 M 只發(fā) 生氧 化[17]。

【參考文獻】

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本文編號：2725409