选区激光熔化成形IN738LC合金的热腐蚀与高温氧化行为研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuxu517
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近年来,随着航空、航天领域对发动机在复杂环境下使用性能和效率需求的不断提高,对其关键部件所用的镍基高温合金材料的性能也提出了更高要求。IN738合金是沉淀强化型镍基高温合金,因其具有优异的高温力学性能和耐腐蚀性能,被广泛应用于航空发动机、燃气轮机叶片等热端部件。然而使用传统工艺制备IN738合金时往往因枝晶粗大、化学成分不均匀以及加工周期长等问题,限制了其在工业中的应用。选区激光熔化(SLM)技术的迅猛发展,在制备结构复杂零件以及低偏析合金等方面具有极大优势,加速了新型镍基高温合金研制的步伐和应用领域的进一步拓展。目前,关于SLM成形IN738LC合金的研究主要集中在成形工艺参数以及热处理对其微观组织和力学性能的影响等方面,而对其他重要性能如高温耐腐蚀性能的影响研究较少,其在高温下的热腐蚀行为也尚未得到充分关注,这对IN738LC成形件在实际工业中的应用非常不利。为此,本研究针对IN738LC合金的服役环境,重点研究900℃下两批沉积态和热处理态IN738LC成形件在75%Na2SO4+25%Na Cl混合盐下的热腐蚀行为以及高温氧化特性,同时,结合酸-碱熔融理论探讨了其耐热腐蚀机理,研究工作为采用增材制造方法制备的IN738LC成形件在实际工业中的应用提供理论依据和技术支撑。本工作利用OM、XRD、XPS以及SEM表征手段分析了两批沉积态IN738LC成形件在高温熔盐条件下的腐蚀行为,并探讨了其耐热腐蚀机理。结果表明:Sample1#的腐蚀增重速率呈直线型规律,腐蚀60 h后增重达到了3.99 mg/cm2,热腐蚀性能极差,而Sample 2#的热腐蚀质量增重速率与传统变形态GH738合金相当,均呈抛物线规律,120 h后的增重均小于1 mg/cm2,热腐蚀性能优异。形成的腐蚀产物主要为Ni O、Cr2O3、Ni Cr2O4和Ni3S2,但各腐蚀产物随着腐蚀的进行在不断变化。腐蚀后期,Sample 1#形成的腐蚀层主要由Cr2O3构成,Sample 2#形成的腐蚀层由外层Cr2O3和少量Ti O2以及内层连续的Al2O3层组成,变形态GH738合金的腐蚀层由单一的Cr2O3层组成,且内硫化现象严重。试样的腐蚀速率与裂纹密度成正比,与其致密度成反比,且热稳定性较差的熔池边界优先被腐蚀。由于采用增材制造方法制备的试样XOY面和XOZ面的晶界宽度和面积差异较大,最终合金表现出耐蚀性的明显各向异性。对两批沉积态IN738LC进行热处理,随后对其微观组织演化与腐蚀性能间的关系进行了研究。结果表明:HT 1#只有少数的熔池边界消失,内部裂纹未发生明显变化,HT 2#的熔池边界几乎完全消失,晶粒形态得到进一步生长,因此其化学成分分布更均匀。HT 1#和HT 2#在熔盐条件下的腐蚀性能均有所提升,但腐蚀产物种类与沉积态的试样基本一致。γ’相越小、数量越多,耐腐蚀性越好。由于试样形成了双的保护性腐蚀层,细小晶粒组织发挥“正尺寸效应”,有利于抗腐蚀性能的提高。针对抗热腐蚀性能较好的Sample 2#进行不同温度下的抗氧化性能研究。结果表明:Sample 2#在不同温度下的氧化行为相同,腐蚀动力学曲线均呈抛物线规律,氧化层为Cr2O3和Al2O3的混合型氧化物层。由于Cr元素在1000℃发生了进一步氧化而生成具有挥发性的Cr O3,使得氧化层变得不连续,因此Sample 2#在900℃下的抗氧化性能要优于1000℃。
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