含碲钴基粉末烧结态合金高温耐腐蚀性能研究

摘要

钴基高温合金比铁基、镍基合金具有较低的热膨胀系数、较好的抗高温氧化和耐腐蚀性能及较高的导热性能，因此常用来制造汽车、船舶发动机及各种燃气涡轮的热端零部件。然而对于现代动力装置，特别是在航天、航空、船舶等领域使用的涡轮盘、涡轮叶片及重型燃气机的气门、气门座等长期承受高温氧化和燃气残留物的热腐蚀，造成表皮氧化脱落，成为热端部件主要的失效形式之一。因而开发高性能的抗高温耐腐蚀合金材料以防关键零部件的失效，对延长高温热端零部件使用寿命及提高发动机设备动力装备质量具有重要意义。Te是一种稀散元素，微量的 Te能提高合金粉末的自熔性，在烧结时不仅起到排气清渣净化合金，削弱有害元素的不利影响的作用之外，还显著改善其综合性能，是当代高新科技材料不可或缺的点睛元素之一。因此研究添加微量 Te元素的钴基合金，对提高钴基合金抗熔盐热腐蚀性能，改善高温热端零部件制品的质量具有十分重要的意义。
　　本研究采用粉末冶金烧结含碲钴基合金试样，然后将不同 Te含量（0、0.4wt.%、0.8wt.%、1.6wt.%、2.4wt.%）的钴基合金置于800±5℃75%Na2SO4+25%NaCL溶盐环境中进行热腐蚀实验，用分析天平、金相显微镜、XRD衍射仪、扫描电镜等设备仪器分别研究合金热腐蚀和高温氧化腐蚀行为，结果表明：⑴钴基合金中加入 Te元素后，在800±5℃75%Na2SO4+25%NaCl溶盐腐蚀环境下能提高氧化膜的致密性、连续性和稳定性。随着Te元素质量份数增加，合金腐蚀速率逐渐降低。其中，富Cr相在合金晶界处均匀析出，形成CoTeO3、Fe2TeO5、CrTe等新相分布于合金基体。在高温熔盐腐蚀过程中，富Cr相形成Cr2O3氧化膜以及含 Te的化合物新相能抑制Co原子向晶界扩散，避免合金基体中的Co元素溶解，阻止熔盐深度腐蚀，提高合金的热腐蚀性能。⑵不含Te及含Te1.6wt.%的钴基合金试样在800℃高温氧化初期，腐蚀产物增重较快，整个过程符合 Wagner的抛物线氧化理论规律。氧化后期，钴基合金在晶界处形成Cr2O3、SiO2等氧化膜团块，致密性较差，容易产生氧化膜应力而脱落，在合金氧化膜表面造成疏松或孔洞。含Te1.6wt.%的钴基合金，形成的碲化合物相，一方面促进发生选择性氧化反应，在试样最外层形成连续致密的Cr2O3保护膜，另一方面在氧化膜中起到钉扎作用（阻止氧化膜爆裂脱落），形成SiO2、WO、Fe2O3等过渡层氧化膜，提高合金的抗高温氧化性能。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 钴基高温合金

1.3 稀散元素碲

1.4 粉末冶金

1.5 研究意义及内容

第 2 章 试样制备及实验

2.1 实验前的准备

2.2 试验试样的制备

2.3 实验

第 3 章 含碲钴基合金组织及性能研究

3.1 含碲钴基合金的组织分析

3.2 含碲钴基合金的硬度分析

3.3 本章小结

第 4 章 含碲钴基高温合金熔盐腐蚀行为探讨

4.1 含碲钴基高温合金熔盐腐蚀实验结果与分析

4.2 含碲钴基高温合金熔盐腐蚀机理分析与讨论

4.3 本章小结

第 5 章 含碲钴基合金高温氧化腐蚀研究

5.1 高温氧化理论基础

5.2 含碲钴基合金高温氧化实验结果与分析

5.3 含碲钴基合金高温氧化机理分析与讨论

5.4 本章小结

结论

展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文