FeAl金属间化合物在含硫气氛下的高温腐蚀研究

摘要

Fe<,3>A1金属间化合物具有优异的高温力学和抗氧化性能，有望成为新一代的高温结构材料。研究Fe<,3>A1金属间化合物高温腐蚀的目的就是通过各种测试方法，分析和研究材料的微观结构变化，全面的认识高温腐蚀的本质，对材料发生腐蚀行为进行研究，确定Fe-A1金属间化合物高温腐蚀机理。 文中研究了在总压力为10MPa的N<,2>+0.1％SO<,2>+少量O<,2>气氛下，Fe-28A1在800-1000℃下的高温腐蚀隋况，并对该实验体系进行了热力学和动力学研究，采用XRD、SEM和EDS对反应产物进行了组成和形貌分析。实验发现，在800-1000℃范围内，Fe-28A1腐蚀的动力学曲线符合抛物线规律。初始阶段增重比较明显，之后增重缓慢，经过60h之后增重曲线逐渐趋于平缓。随着腐蚀时间的增加和腐蚀温度的升高，腐蚀增重变大。相同条件下，1000℃时的平均增重速率比800℃时高大约2个数量级，比900℃时高大约1个数量级。初始阶段腐蚀增重比较迅速是由于氧化物的生成，长时间腐蚀后增重趋于平缓应归因于保护性α-Al<,2>O<,3>的形成。 根据XRD和EDS分析可以确定腐蚀产物的组成：800℃时，腐蚀初期只生成了θ-Al<,2>O<,3>，保温60h的XRD图谱中发现了Fe<,2>O<,3>的存在，但没有发现α-Al<,2>O<,3>；900℃和1000℃下升温阶段生成了θ-Al<,2>O<,3>，在随后的保温阶段θ-Al<,2>O<,3>转变为α-Al<,2>O<,3>，同时生成Fe<,2>O<,3>。由SEM结果可知，随着腐蚀时间的延长，腐蚀产物层厚度也随着增加，产物层变得比较疏松并且有空洞的出现。 根据实验结果分析和对前人工作的总结，对Fe-28Al在给定气氛下的腐蚀机理做了初步的推断：初始阶段最先生成的是Al<,2>O<,3>和Fe<,2>O<,3>，Al<,2>O<,3>最容易生成，但是Fe<,2>O<,3>的生长速率更快。随着腐蚀的进行，Al的快速氧化造成膜下基体贫Al富Fe。气氛中的S沿氧化物的晶界及缺陷位置向内扩散，同时Fe<'2+>向外扩散，与S反应生成FeS等，高温下FeS会和基体中Fe形成共晶，共晶一旦形成由于体积膨胀，氧化膜在应力集中处发生破裂，共晶液相涌出形成观察到的节瘤状氧化物，随即气氛中的SO<,2>和O<,2>将共晶体的表面进一步氧化生成lFe<,2>O<,3>。由于合金表面没有出现大规模的氧化层剥落，说明生成的Al<,2>O<,3>具有一定的保护性，导致试样的增重速率逐渐降低。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

第二章实验材料及方法

第三章试验结果

第四章试验结果分析与讨论

第五章结论和展望

致谢

攻读硕士期间发表的论文