揭示镍基单晶合金在NaCl气溶胶气氛中异常温度依赖性腐蚀行为及其机理研究

本文系统研究了DD5镍基单晶合金在750℃和900℃潮湿空气及NaCl气溶胶环境中的腐蚀行为。研究发现温度升高反而促使形成连续Al2O3保护层（900℃时形成多层结构(Ni,Co)O/尖晶石/Ta2O5/Al2O3），较750℃的双层氧化物具有更优抗腐蚀性。该研究为燃气轮机叶片在海洋环境中的材料设计提供了重要理论依据。

　　

^亮点

^材料

本工作采用的DD5单晶合金原材料由中国科学院金属研究所提供，其具体化学成分如表1所示。将合金锭加工成15×10×2mm的样品，最大表面垂直于凝固方向取向，所有表面均用1000目砂纸均匀打磨。

^腐蚀实验

为模拟燃气轮机冷却通道的实际腐蚀环境，实验设置包含潮湿空气（含10vol.%水蒸气）及NaCl气溶胶两种气氛，在750℃和900℃下分别进行1分钟至168小时不等的腐蚀测试。通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对腐蚀产物进行表征。

^结果

合金的XRD图谱（图2a）显示其主要由晶面指数为(200)的γ/γ'相组成。背散射电子图像（图2b）可见立方体状γ'相规则分布在γ基体中，这种典型的微观结构为后续腐蚀行为差异提供了结构基础。

^{不同温度下合金在空气+水蒸气气氛中的腐蚀行为}

在空气+水蒸气环境中，750℃和900℃腐蚀后均形成外层NiO/内层(Cr,Al)₂O₃的双层氧化膜。随着温度升高，腐蚀加剧，其反应过程符合金属氢氧化物脱水形成氧化物的经典路径。值得注意的是，γ相上形成的(Ni,Co)O明显厚于γ'相，这与其元素扩散速率的差异直接相关。

^结论

本研究通过对比DD5镍基单晶合金在750℃和900℃不同腐蚀环境中的表现，发现温度升高虽加速初期氧化，但最终促使形成更致密的Al₂O₃阻挡层（900℃时形成多层结构），反而显著降低腐蚀速率。这一反常温度效应为高温合金在含盐环境中的优化设计提供了新视角。