镍基高温合金抗热腐蚀性能的研究

镍基高温合金是现代动力装置中的各种涡轮机叶片以及各种输气、输油管道等的重要材料。镍基高温合金在复杂环境中的腐蚀往往是造成其材料失效的直接原因。随着先进动力装置的研究开发，作为发动机的核心材料，对高温合金的要求也越来越高，特别是其抗氧化和抗热腐蚀性能，成为研究工作的重点。
提高高温合金抗热腐蚀性能的一个重要而成功的方法是制备表面防护涂层。目前镍基高温合金的表面防护涂层主要包括热扩散涂层、包覆涂层、热障涂层3类。扩散涂层是用热扩散的方法通过元素的反应扩散改变合金表面层的化学成分和组织结构而得到的具有一定抗腐蚀能力的涂层；包覆涂层是用适当的方法将一定组成的金属、合金或化合物覆盖到合金的表面上形成的涂层。扩散涂层和包覆涂层主要应用在航空发动机中的转子叶片和导向叶片上。热障涂层是由陶瓷隔热面层和金属粘结底层组成的涂层系统，作为最新一代的涂层，可适应燃烧室中的高燃气温度和高压力的工作环境。研究结果表明，这种防护涂层可以在高温高盐度环境中为高温合金提供良好的抗氧化和抗腐蚀性能。
但是，涂层虽能避免腐蚀介质与高温合金直接接触，延缓腐蚀过程，但涂层的高孔隙率增大了涂层与腐蚀介质的接触而积，并且成为腐蚀介质的渗透通道。镍基高温合金表而的一些铝化合物涂层在1000℃工作条件下能够展现出一定的耐腐蚀性能，但不能够应用在1100℃或更高的温度环境下，因为此时铝化合物涂层会完全降解，使涂层丧失保护作用。另外，铝化合物涂层中氧化物分布不均匀，在腐蚀过程中，涂层表面缺少氧化物覆盖的区域和涂层孔洞容易受到腐蚀介质的攻击破坏。在高温腐蚀环境中工作，涂层的成分会随着时间的推移而变化，从而导致涂层的抗高温氧化及热腐蚀的性能减弱，最后丧失对基体的保护能力。涂层的退化主要发生在涂层的两个界而处即涂层与气体以及涂层与基体的两相界面处。如何解决这些问题是进一步提高镍基高温合金抗热腐蚀性能的关键所在。
特别应该引起注意的是，在镍基高温合金中，晶间腐蚀发生后合金表面仍能够保持一定的金属光泽，无法探测出破坏的迹象，但晶间腐蚀发生后，合金晶粒间的结合力显著减弱，力学性能降低，不能承受大的冲击，因此很多研究围绕晶间腐蚀展开。高温合金的氧化腐蚀主要由扩散控制，晶界是腐蚀元素进入镍基合金基体的通道。晶界也为熔融腐蚀介质NaCl渗入合金基体提供了通道，促进了腐蚀反应的发生。温度对腐蚀介质扩散和腐蚀行为影响很大。在750℃硫化作用中容易形成TiS，位于晶界的TiS作为阴极与Ni基体形成微电化学局部腐蚀，从而加速晶粒间和晶粒内的腐蚀行为。研究表明，有较多第二相存在的晶界表面更容易成为氯酸的点腐蚀位置。(钢研）