GH 3128和AISI 616在超临界二氧化碳布雷顿循环动力发电系统环境下的腐蚀行为

摘要

针对超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环发电系统中高温部件合金材料的腐蚀问题,为进一步研究不同种类合金的抗腐蚀性能,该文选取镍基合金GH 3128和马氏体合金AISI 616,研究其在550℃、20MPa的S-CO_(2)环境下的腐蚀行为(最高900h),并利用四点应力装置研究应力加载对合金腐蚀行为的影响。使用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱技术(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等表征方法对实验后样品的微观形貌、氧化物的物相以及氧化膜厚度进行分析。结果表明:镍基合金GH 3128生成单层的Cr2O3氧化膜;而马氏体合金AISI 616生成双层氧化膜结构,外层主要是Fe3O4,内层是富Fe、Cr氧化物。随着腐蚀时间增长,两者氧化膜厚度都有所增长,但GH 3128最终厚度远小于AISI 616,并且渗碳量也较小,而AISI 616有明显的渗碳现象。应力加载能够加快合金的腐蚀速率,增大其氧化膜的厚度,促进渗碳,还会改变其腐蚀产物的结构。并且,应力的加载对于AISI 616的影响远高于GH 3128。镍基合金GH 3128对于氧化、渗碳和应力腐蚀的抗性均高于马氏体合金AISI 616,更推荐GH 3128应用于550℃,20MPa的S-CO_(2)布雷顿循环发电系统。