论高温氧化的利与弊-材科1104-张明康

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1、论高温腐蚀的利与弊北京科技大学张明康摘要本文分别通过研究分析生物质燃烧设备，燃煤火电厂锅炉，城市供热管线不锈钢补偿器，航天航空发动机高温合金，电触头材料等新材料的高温腐蚀的原因及其应用，论述了高温腐蚀的利与弊，并对新型高温合金的发展提出建议。关键词高温腐蚀新型高温合金新材料1引言高温腐蚀是指金属材料与环境介质在高温下发生不可逆转的化学反应而退化的过程，而金属的高温氧化是高温腐蚀领域中最重要最基本的一种腐蚀形式。在能源、动力、航天航空等领域普遍存在着高温腐蚀的问题，而这些腐蚀问题对工业生产发展造成很大经济的损失，因而亟待解决。在解决高温腐蚀的问题的过程中，利用高温氧化进行防腐

2、又是一种有效可行的措施。2.1高温腐蚀存在的问题目前来说，高温腐蚀存在的问题是不可否认的，其弊端在于多个方面，关键是在于能否及时发现高温腐蚀的现象，并对其进行失效分析，为拟定相应的对策做好准备。2.1.1生物质燃烧设备的高温腐蚀问题近年年来，随着石油、煤炭等传统能源短缺的问题越来越受到人们的关注,生物质能作为一种可再生的新能源，有着资源量大、可再生、广泛的可获取性以及可存储运输等诸多独特的优点。其中，燃烧是有效利用生物质能的重要途径Z一。但是由于生物质中的碱金属等杂质的存在，使得生物质在燃烧的过程中相关的设备会产牛高温腐蚀等问题。因而研究牛物质燃烧过程中的高温腐蚀问题，对提

3、高生物质燃烧的利用水平有着重要意义。其腐蚀根据生物质的种类、床料、所用管材的不同导致腐蚀的机理不同，大致又可分为三类，即气相腐蚀、固相腐蚀以及液相腐蚀。山2.1.2燃煤火电厂锅炉高温腐蚀问题燃煤火电厂的高温腐蚀主要发生在“四管”，即水冷壁管、过热器管、再热器管和省煤器管。其主要的腐蚀原因包括飞灰，低熔点的沉积物，以及锅炉烟气的硫腐蚀、氯腐蚀、和锐腐蚀。火电厂锅炉的“四管”爆漏引起的非计划停运时间占机组非计划停运时间的40%左右，少发电量占全部事故少发电量的50%以上,是影响发电机组安全经济运行的主要因素。⑵2.1.3城市供热管线不锈钢补偿器的高温腐蚀补偿器井内的水介质污染严

4、重，而且井内处于高温状态，有利于细菌的繁殖生长,而且井内水介质中的C1-及SO2-4含量较高，以及管道热应力作用•补偿器井内的304不锈钢补偿器，发生晶间腐蚀、点蚀、细菌腐蚀以及应力腐蚀等不同的腐蚀形式。⑶2.2高温腐蚀的利用对于高温腐蚀存在的各种各样的问题，对其机理进行研究分析后发现，可利用高温腐蚀这一方法对金属材料进行防腐，因而高温腐蚀在人为的作用下，也可趋于对人们有利的方面。2.2.1航天航空发动机高温合金航空发动机热端部件因高温腐蚀、蠕变、机械疲劳、热疲劳等，将导致其尽快失效。发动机叶片的失效，绝大部分是与高温腐蚀有关。影响其高温腐蚀的主要有三大因素，分别为温度、环

5、境介质、燃气成分。为了防止高温腐蚀，可采用高温合金制备的发动机叶片，目前有ODS合金，粉末高温合金等。在其高温合金中可添加一些改善其抗高温氧化的元素，例如添加Cr,Al,Si等元素，然后利用其高温氧化生成的致密的保护性氧化膜Cr2O3,A12O3,SiO2,防止合金进一步氧化。⑷2.2.2电触头材料电触头是各种电力设备、自动化仪表和控制装置中使用的一种关键金属元件，通过其接通或分断，达到保护电器，传递、承受和控制电流的目的。利用合金内氧化原理制备颗粒增强电触头材料Ag-CdO＞电触头材料,先制成Ag-Cd合金，经内氧化处理形成Ag-CdO材料以及稀土改进的Ag-CdO-Re

6、xOy材料。考虑到Cd有毒,研制了Ag・A12O3,最近又研制了Ag-CuO系新材料。预期用内氧化原理可发展ODS合金及梯度材料。⑸2.2.3NiCrAlY涂层及其抗高温腐蚀从20世纪60年代开始，随着低压等离子喷涂，电子束蒸发沉积和溅射技术的发展，人们研制岀了一种较为理想的高温防护涂层-------------MCrAlY(M代表Fe,co和/或Ni)包覆涂层，并开始得到广泛使用。鲁金涛等人利用热扩散的方法在高温合金K417基体上制备了NiCMIY涂层，在表面形成了A1203等氧化膜，发现其受Cr,Y等元素选择性氧化效应的影响，在1000°C氧化时表现出优异的抗氧化性能。

7、⑹3高温腐蚀研究重点由于高温腐蚀存在的多种问题，因而需要研究对应的各种防止高温腐蚀的方法，目前高温氧化主要的研究方向分为三个方面，分别为微合金化，常量合金化以及对氧化膜性质生长与力学行为的研究。3.1微合金化研究反应元素效应(REE),研究添加微量的称活性元素，如稀土元素La,Ce,Nb,Y,Gd等对改善抗高温氧化的作用机理。也可以利用选择性氧化以及前期氧化和后期氧化的性质，对合金进行单掺，双掺或者三掺稀土元素，例如双掺Ce和Gd,La和Y等，提高合金的高温氧化的综合性能。3.2常量合金化研究第三元素效应(TEE)