Fe3Al金属间化合物在含硫气氛下的高温腐蚀研究

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Fe3Al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Fe3Al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-Al金属间化合物高温腐蚀机理。 文中研究了在总压力为10MPa的N2+0.1%SO2+少量O2气氛下,Fe-28Al在800-1000℃下的高温腐蚀情况,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-28Al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-Al2O3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-Al2O3,保温60h的XRD图谱中发现了Fe2O3的存在,但没有发现α-Al2O3;900℃和1000℃下升温阶段生成了θ-Al2O3,在随后的保温阶段θ-Al2O3转变为α-Al2O3,同时生成Fe2O3。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Al2O3和Fe2O3,Al2O3最容易生成,但是Fe2O3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Fe2+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SO2和O2将共晶体的表面进一步氧化生成Fe2O3。由于合金表面没有出现大规模的氧化层剥落,说明生成的Al2O3具有一定的保护性,
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