PDF《合金元素钨对新型 Co-Al-W 合金热腐蚀行为的影响》

修订日期:2010-05-13 通信作者:徐仰涛, 讲师, 博士研究生;

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E-mail: [email protected] 第21 卷第

1 期 徐仰涛,等:合金元素钨对新型 Co-Al-W 合金热腐蚀行为的影响

111 对其耐腐蚀性能进行研究,是评价合金应用的重要工 作[10] . 最近,SATO 等[11] 发现了具有 L12 结构、较稳定 γ′-Co3(Al,W)相沉淀强化的新型 Co-Al-W 合金.随后, SUZUKI 等[12] 用悬浮感应熔炼方法制备了 Co-Al-W- Ta 和Co-Al-W 合金.他们发现,在连续两相(γ′+γ)微 观结构中,细晶粒、多边形、有规则连续密排的 γ′相 沉积在 γ-Co 基体上.由于钴基合金具有良好的抗氧 化、耐腐蚀和耐磨损性能,常用于制造燃气涡轮机的 叶片[13] . 因此, 用γ′-Co3(Al,W)相沉淀强化的 Co-Al-W 合金将成为在高温、强腐蚀磨损、强氧化性环境(如汽 化煤装置、发电系统,常为高硫含量的劣质油和燃气) 中满足 极端 使用要求的高温合金[11?12] .但至今未见 有关新型Co-Al-W合金热腐蚀行为和钨对其热腐蚀行 为影响的报道. 为此, 本文作者研究 Manaurite900(MAN900)和真 空电弧熔炼不同钨含量 Co-Al-W 合金在

800 ℃ 75%Na2SO4 +25% NaCl 混合熔盐中的腐蚀行为,为新 型Co-Al-W 合金在 极端 条件中使用提供科学依据和 理论指导.

1 实验 真空电弧熔炼制备 Co-Al-W 合金的原料为钨粉 (0.98 μm,纯度 99.8%)、铝粉(3.59 μm, 纯度 99.5%) 和钴粉(4.5 μm, 纯度 99.0%).按表

1 中合金理论含量 (摩尔分数,%)进行配料.用METTLER AE240 型电 子天平称取粉末

30 g 经QM?1SP4 行星式球磨机混合 均匀(球料比 1.3:1,转速

250 r/min,球磨

3 h)后在岛 津万能材料实验机上用自制模具压制试样(压坯压力

90 MPa).压制试样在石墨坩埚中用 WS?4 非自耗电 弧熔炼炉熔炼(氩气保护)制备 Co-Al-W 合金.用能量 色散 X 荧光光谱仪(EDXRF)分析合金成分,其结果如 表1所列. 为表述方便, 本实验均以钨的摩尔分数(%) 表示合金.所制备的合金经(1

623 K,2 h)+(1

123 K,

2 h)均质化和时效处理.商用 Manaurite900 合金化学 成分为:w(C) 0.10%~0.18%,n(S)/n(P)≤ 0.03, w(Mn)≤ 1.5%, w(Si)≤0.5%, w(Cr)19%~23%, w(Nb) 0.8%~1.2%, w(Ni) 31%~33%,其余为 Fe. 将合金加工成

15 mm*12 mm*3 mm 的薄片, 用400# ~1 000# 水砂纸打磨后在乙醇和丙酮混合溶液中用 KQ?250D 超声波清洗仪清洗, 干燥后在试样表面涂敷 75%Na2SO4+25%NaCl 饱和水溶液,控制涂盐量为 0.9~1.2 mg/cm2 ,直至获得一层均匀的混合盐膜.将涂 盐试样与烘烤至质量恒定、洗净的瓷舟一起放入 KSF 15?16 型意丰电炉(控温精度为±2 ℃)在800 ℃进行热 腐蚀试验.腐蚀时间为

2、

4、

8、

12、16 和20 h,不 同腐蚀时间后取出磁舟在DT?100光电分析天平(感量 为0.1 mg)称质量,试验值为

3 个试样的平均值. 用JSM?6700F 型扫描电子显微镜(SEM) 和EPMA?1600 型电子探针分析仪分析腐蚀产物的组成、 微观形貌和元素分布.

2 结果及分析 2.1 合金微观形貌 图1所示为真空电弧熔炼制备 Co-Al-W 和商用 MAN900 合金的微观形貌.由图 1(a)可知,7.5 W 合 金微观组织由 γ-Co 基体及 γ′-Co3(Al,W)强化相和少 量碳化物共同组成.合金微观组织中呈不规则多边形 状、 边长大小不等、 与γ-Co 基体界面连续的是强化相, γ′-Co3(Al, W)强化相是在合金固溶和时效处理过程中 逐渐形成的. 这与 SATO 等[11] 发现的新型 Co-Al-W 合 金中 γ′强化相的形态和分布形式相同. 由图 1(b)可知, MAN