镍基高温合金因其优异的高温强度、良好的结构稳定性和出色的抗氧化、抗热腐蚀性能而被广泛应用于制造燃气轮机高温结构件,杂质硫含量对合金氧化腐蚀性能的影响是目前热端部件成分设计和冶炼中的关键科学问题。本文选取硫含量分别为3ppm、16ppm、42ppm的K415合金,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子探针等手段对不同硫含量的K415合金在纯Na2SO4和75%Na2SO4+25%Na Cl下的热腐蚀行为,以及在900℃和1000℃下的高温氧化行为进行研究,系统分析了硫、氯与温度对合金热腐蚀行为和高温氧化行为的影响。不同硫含量的K415合金在900℃下纯Na2SO4沉积盐条件下热腐蚀产物基本相同,都生成了以Cr为主导的富含Ti、Co、Ni的外腐蚀层,以Al2O3为主的内腐蚀层和以Cr S为主的硫化层。随着合金中S含量的增加,外氧化层中孔洞数量和尺寸增加,内硫化物和内氮化物的含量增多,合金的热腐蚀性能恶化。S影响热腐蚀行为的机理为,合金中的硫倾向于偏聚在氧化膜中的缺陷处,增大缺陷的稳定性,增加缺陷的数量和尺寸,这些缺陷为腐蚀介质的扩散提供了快速通道,致使合金热腐蚀加速。在900℃有氯离子存在的条件下,三种合金的腐蚀层与纯Na2SO4下相似。随着合金中S含量的增多,合金外氧化层厚度减小,出现了孔洞和裂纹,内硫化物明显增多,合金氧化膜与基体的黏附性下降,合金的热腐蚀性能降低。温度由900℃升高至950℃,合金的产物组成发生明显变化,外腐蚀层由Cr2O3和Ti O2变为Ni O、Ni Cr2O4和Co Cr2O4,内部出现富W氧化物。随着温度的提高,氧化膜的剥落加剧,孕育期缩短,合金的抗热腐蚀性能恶化。分析认为,温度、氯和硫三者相互促进,降低合金的抗热腐蚀性能。温度的影响机理为,随着温度的提高,合金发生自持性酸性熔融,使得合金的外氧化膜产生大量的孔洞和裂纹。氯的影响机理为,气态氯化物使得氧化膜产生较大的内应力,进而产生大量孔洞和裂纹。硫的作用机理在于,硫倾向于偏聚在由温度和氯导致的氧化膜缺陷处,增大缺陷的稳定性,这又促进了酸性熔融和气态氯化物的产生及扩散。三者相互促进,最终使得合金发生严重的剥落和内腐蚀,极大的降低合金的抗热腐蚀性能。K415合金具有优异的抗氧化性能,在900℃和1000℃下,三种硫含量的合金均为完全抗氧化级别,氧化层由外Cr2O3层和内Al2O3层构成。随着硫含量增多,合金外氧化层中的孔洞数量增多,尺寸增大,致密性下降,剥落增多;内氮化物增多,内Al2O3层不连续性增大,合金的抗氧化性能恶化。硫的影响机理为,硫倾向于偏聚于氧化膜孔洞处,促进孔洞的形成与生长,随着合金中硫含量的增加,合金外氧化层中孔洞数量增多,尺寸增大,成为合金元素及氧化介质的快速扩散通道,加速了合金的消耗。本文的研究结果表明,硫降低合金的氧化和热腐蚀性能,在合金设计及冶炼过程中应尽可能降低合金中的硫含量。本文的研究结果可为燃气轮机热端材料的设计和制备提供参考。