不同Cr含量的Ni基合金腐蚀行为

论文摘要

本文对不同Cr含量的Ni基合金在800℃和950℃进行高温氧化实验,发现Ni基合金的抗高温氧化能力与Cr含量有关。Cr含量高的Ni基合金抗氧化能力强于低含量Ni-Cr合金。扫描电镜（SEM with EDAX）观察和XRD测试结果表明:合金Cr含量（Cr为9%）较低时,主要生成外层为NiO,内层为Ni、Cr的复杂氧化物,并且其机理为Cr离子起掺杂作用的氧化机理;合金含Cr量高时,主要生成带有保护性的氧化膜,形成外层为NiO,中间层为NiCr2O4,内层为Cr2O3的结构,其氧化机理与前者不同。Ni-30Cr合金耐高温腐蚀性能最强,Ni-9Cr合金耐高温腐蚀性能最差。通过对不同Cr含量Ni基合金进行700℃和800℃的热腐蚀实验以及SEM（with EDAX）表面形貌表征发现:随着Cr含量的提高,Ni基合金耐热腐蚀性能逐渐增强。但是由于Cr的脆性,含Cr量高但不足以快速生成保护性Cr2O3氧化膜的Ni基合金加之S2-的入侵,很容易使氧化膜与合金基体的结合力变差,导致氧化膜开裂和脱落现象。并通过高温氧化和热腐蚀实验对比可得热腐蚀速率明显快于高温氧化的腐蚀速率。Ni-30Cr合金耐热腐蚀能力最强。通过对这一系列合金进行中性盐雾试验,发现高Cr量Ni基合金的耐盐雾试验性能高于低Cr量Ni基合金,120h盐雾试验结束后试样表面没有明显变化,只有合金本身存在缺陷时才容易发生腐蚀,最后导致晶间腐蚀。合金盐雾试验的腐蚀机理为微电池机理。利用电化学测试技术来研究不同Cr含量的Ni基合金的耐SO42-和耐Cl-水溶液腐蚀的能力,极化曲线和交流阻抗法测试表明Ni基合金耐SO42-和耐Cl-离子腐蚀性能随着Cr含量的提高而增强,Cl-浓度对Ni-9Cr、Ni-15Cr和Ni-20Cr合金有较大影响,对Ni-25Cr和Ni-30Cr合金影响不大。Ni-9Cr合金在0.6mol/L NaCl溶液中腐蚀最为严重;Ni-15Cr和Ni-20Cr合金在1.0mol/L NaCl溶液中腐蚀最严重。用XPS测试方法对不同Cr含量的Ni基合金在0.6mol/L NaCl溶液中形成的钝化膜进行表面成分分析,得知Ni-30Cr合金的钝化膜表面生成的Cr的氧化物和氢氧化物比例大,分别为4.840%和4.130%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镍基合金的特性
• 1.3 氧化基本理论
• 1.3.1 高温氧化机理
• 1.3.2 内氧化向外氧化转变的判据
• 1.4 热腐蚀及其机理
• 1.4.1 硫化模型
• 1.4.2 酸—碱熔融模型
• 1.4.3 电化学机理模型
• 1.5 盐雾腐蚀
• 1.5.1 盐雾试验分类
• 1.5.2 盐雾试验的必要性
• 1.5.3 盐雾试验的产生及其发展
• -水溶液腐蚀'>1.6 CL^-水溶液腐蚀
• 1.6.1 点腐蚀概述
• 1.6.2 钝化膜理论
• 1.6.3 钝化膜机理
• 1.6.4 点缺陷模型
• 1.6.5 Cl-浓度对点蚀的影响
• 1.7 课题研究
• 1.7.1 镍铬合金的研究现状
• 1.7.2 本课题研究内容
• 第二章 不同 Cr 含量 Ni 基合金高温腐蚀行为
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 不同 Cr 含量的 Ni 基合金的原始形貌
• 2.3.2 800℃下不同 Cr 含量的 Ni 基合金的恒温氧化行为
• 2.3.3 950℃下不同 Cr 含量的 Ni 基合金的恒温氧化行为
• 2.3.4 相同 Cr 含量 Ni 基合金在不同温度下的高温氧化行为
• 2.4 讨论
• 2.4.1 不同 Cr 含量的 Ni 基合金氧化机理
• 2.4.2 Cr 含量对合金氧化性能的影响
• 2.5 小结
• 第三章 不同 Cr 含量的 Ni 基合金热腐蚀行为
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 800℃下不同 Cr 含量 Ni 基合金的热腐蚀行为
• 3.3.2 700℃下不同 Cr 含量 Ni 基合金的热腐蚀行为
• 3.3.3 相同 Cr 含量合金在不同温度下的热腐蚀行为
• 3.3.4 相同 Cr 含量合金在 800℃时的高温氧化增重与热腐蚀增重
• 3.4 讨论
• 3.5 小结
• 第四章 不同 Cr 含量 Ni 基合金盐雾腐蚀行为
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 讨论
• 4.4.1 腐蚀发生的取向
• 4.4.2 盐雾腐蚀机理研究
• 4.5 小结
• 第五章 不同 Cr 含量的 Ni 基合金电化学腐蚀行为
• 5.1 前言
• 5.2 实验材料与方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 实验结果与分析
• 2SO₄+H₂SO₄体系中的极化曲线'>5.3.1 不同 Cr 含量 Ni 基合金在 Na₂SO₄+H₂SO₄体系中的极化曲线
• 5.3.2 不同 Cr 含量 Ni 基合金在相同浓度 NaCl 溶液中的极化曲线
• 5.3.3 相同 Cr 含量 Ni 基合金在不同浓度 NaCl 溶液中的极化曲线
• 2SO₄+H₂SO₄体系中的交流阻抗'>5.3.4 不同 Cr 含量 Ni 基合金在 Na₂SO₄+H₂SO₄体系中的交流阻抗
• 5.3.5 不同 Cr 含量 Ni 基合金在相同浓度 NaCl 溶液中的交流阻抗
• 5.3.6 XPS 测试
• 5.4 讨论
• 5.4.1 Ni-Cr 合金的点蚀机理分析
• -腐蚀的影响'>5.4.2 Cr 含量对 Ni 基合金耐 Cl^-腐蚀的影响
• -浓度对 Ni 基合金耐蚀性的影响'>5.4.3 Cl^-浓度对 Ni 基合金耐蚀性的影响
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢