Re和ppm级S对镍基单晶高温合金氧化和热腐蚀行为的影响

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镍基单晶高温合金具有良好的高温强度、组织稳定性和优异的抗氧化、抗热腐蚀性能,被广泛应用于燃气轮机的热端部件。本文采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)和电子探针(EPMA)等手段对不同Re和ppm级S含量对镍基单晶高温合金在900oC下热腐蚀性能及机制的影响及Re和ppm级S在不同温度下对镍基单晶高温合金氧化性能及机制的影响进行研究。ppm级S的增加对合金900oC氧化性能没有明显影响;在1000oC和1100oC时,随着S含量的不断增加,合金氧化增重趋势越明显,而且,温度越高,S对合金氧化行为影响越明显。ppm级S的增加虽未改变合金的氧化产物,但改变了合金氧化层结构。ppm级S的增加,加速了Ta的外扩散,影响了氧化铝及含Ta尖晶石连续氧化层的形成及稳定性。ppm级S的增加降低了合金表面氧化膜/基体之间的粘附性,增加了合金表面的孔洞和裂纹,促进了氮化物的生成,进而恶化了合金的恒温氧化性能。ppm级S含量的增加,明显降低了合金的热腐蚀孕育期,导致合金最终氧化增重依次增加,恶化了合金的热腐蚀性能。ppm级S含量的增加降低了外氧化层在熔盐中的稳定性,促进网状Al2O3的形成以及内硫化的发生,导致合金表面鼓包和剥落,降低合金的抗热腐蚀性能。Re的增加使得合金的氧化性能先降低后增强;1.0Re合金的氧化性能最差,2.0Re合金的氧化性能最好。Re的增加,增大了Ta的扩散速率,使得Ta和Al竞相生长,影响了氧化铝及含Ta尖晶石连续氧化层的形成及稳定性。当Re=1.0wt.%时,Ta和Al的扩散速率基本相同,降低了合金表面氧化膜的致密性,恶化了合金的恒温氧化性能。Re含量的增加,明显延长了合金的热腐蚀孕育期,导致合金最终氧化增重依次降低,增强了合金的热腐蚀性能。Re含量的增加增强了外氧化层在熔盐中的稳定性,促进连续Cr2O3的形成以及阻碍了内硫化的发生,增强了合金的抗热腐蚀性能。
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