宋鹏教授课题组发现：高温条件下NaCl和Na2SO4对铝化物涂层具有“以毒攻毒”的抗腐蚀机制

引言

在沿海环境中工作的涡轮叶片在服役过程中，将受到燃料燃烧时形成的Na2SO4和海洋气氛中的NaCl的共同作用，发生高温热腐蚀。在热端部件表面添加防护涂层能够有效的提高抗热腐蚀性能，延长使用寿命。但铝化物涂层的脆塑转变温度高、脆性大、易开裂、涂层和基体间易发生互扩散，导致抗热腐蚀性能较差。由于Si改性铝化物涂层可使氧化膜的塑性良好、裂纹减少，具有良好的抗热腐蚀性能。因此，通常在铝化物涂层中添加Si等有益元素。所以如何提高镍基合金的抗热腐蚀性能成为研究的关键。

成果简介

2019年3月，昆明理工大学先进涂层材料课题组的宋鹏副教授（通讯作者）、于晓（第一作者）在Journal of Alloys and Compounds上发表了最新的研究成果“Influence of the combined-effect of NaCl and Na2SO4 on the hot corrosion behaviour of aluminide coating on Ni-based alloys”。在该文中，研究了在K438镍基高温合金Si改性铝化物涂层表面涂覆一次NaCl、Na2SO4、50％NaCl+50％Na2SO4（质量分数）盐膜，对Al-Si涂层随后长期的热腐蚀行为的影响。阐述了氯化钠和硫酸钠的联合作用对镍基合金铝化物涂层的热腐蚀机理。

图文导读

图1.涂覆NaCl、Na2SO4、50％NaCl+50％Na2SO4（质量分数）的Al-Si涂层在空气中1050℃循环热腐蚀120h后的氧化动力学曲线和宏观表面形貌

图2.涂覆NaCl、Na2SO4、50％NaCl+50％Na2SO4（质量分数）的Al-Si涂层在空气中1050℃循环热腐蚀24h、120h后的XRD图谱

图3.涂覆NaCl（(a)，(b)）、Na2SO4（(c)，(d)）、50％NaCl+50％Na2SO4（质量分数）（(e)，(f)）的Al-Si涂层在空气中1050℃循环热腐蚀120h后的SEM截面形貌

图4.氯化钠和硫酸钠的联合作用对镍基合金铝化物涂层的热腐蚀机理

小结

NaCl和Al₂O₃发生反应生成的AlCl₃受热挥发，生成孔洞和通道。然后Na₂SO₄和Al₂O₃发生反应生成Al₂(SO₄)₃，Al₂(SO₄)₃在高温下膨胀产生的涂层和氧化层之间的内应力，通过AlCl₃挥发形成的通道得到释放。同时O₂、S和SO₂通过微裂纹和通道进入样品内部，发生轻微的内氧化和内硫化。在NaCl和Na₂SO₄的联合作用下，涂层的抗热腐蚀性能得到提高。随着孔洞的增加、长大及通道的增大，导致氧化层的抗热腐蚀性能降低，最终造成氧化层脱落。

文章链接

        X. Yu, P. Song, X. He, A. Khan, T.H. Huang, C. Li, Q.L. Li, K.Y. Lü, K.L. Chen, J.S. Lu, Influence of the combined-effect of NaCl and Na2SO4 on the hot corrosion behaviour of aluminide coating on Ni-based alloys, J. Alloy. Compd. doi:org/10.1016/j.jallcom.2019.03.165.