DD32镍基单晶合金在海洋大气环境中的加速腐蚀行为与防护机制研究

本研究针对镍基单晶高温合金DD32在海洋大气环境中的腐蚀失效问题，通过加速腐蚀实验结合SEM/XRD/XPS多尺度表征，揭示了腐蚀坑形成演化规律及Al2O3-Cr2O3-NiO-NiCr2O4产物层退化机制，发现钝化膜厚度从0.65 nm降至0.38 nm导致耐蚀性下降，为航空发动机涡轮叶片海洋环境适应性设计提供理论支撑。

　　

在航空发动机领域，镍基单晶高温合金因其卓越的高温力学性能被誉为涡轮叶片的"皇冠材料"。然而当这些精密部件遭遇富含NaCl的海洋大气时，其表面精心设计的防护氧化层会在盐雾、湿度与温度循环作用下发生灾难性退化。更棘手的是，现有研究多聚焦发动机运行状态下的热腐蚀行为，而对停机期间长期暴露的腐蚀机制认知存在显著空白。这一问题直接关系到舰载机、沿海部署航空器的使用寿命，成为制约高端装备海洋环境适应性的"卡脖子"难题。

针对这一挑战，国内某研究团队在《Journal of Materials Research and Technology》发表了创新性研究成果。研究人员采用独创的加速腐蚀环境谱模拟技术，通过等效损伤原理将10年海洋大气腐蚀浓缩至335个干湿交替循环周期。结合扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等先进表征手段，首次系统揭示了DD32合金在海洋环境中的腐蚀演化规律与电化学失效机制。

关键技术方法包括：1) 基于法拉第定律构建温度40°C、pH4的5% NaCl加速腐蚀模型；2) 采用循环浸泡试验箱实现2分钟浸泡/12分钟烘烤的干湿交替循环；3) 通过Gamry电化学工作站进行动电位极化和阻抗谱(EIS)测试；4) 运用XPSpeak4.1软件解析钝化膜成分演变。

腐蚀形貌
SEM观测显示，腐蚀初期形成10-90 μm的圆形蚀坑，随Al₂O₃优先氧化，蚀坑纵向加深并横向融合为椭圆状。截面分析证实腐蚀深度达7 μm（0.7 μm/年），但基体未受渗透，显示腐蚀产物层仍具一定保护性。

腐蚀产物
XRD与XPS联用揭示表面产物层由Al₂O₃、Cr₂O₃、NiO和NiCr₂O₄组成。特别值得注意的是，NiCr₂O₄含量从腐蚀前的26.42%升至34.39%，这种尖晶石结构产物的增多直接导致保护性下降。

电化学行为
极化曲线显示腐蚀后合金的腐蚀电位(E_corr)负移21.8 mV，腐蚀电流密度(I_corr)激增3.5倍至2.85 μA/cm²。EIS拟合证实钝化膜电阻(R_p)从1.764×10⁵ Ω·cm^-2骤降至3.556×10³ Ω·cm^-2，膜厚由0.65 nm减薄至0.38 nm。

腐蚀机制
研究创新性提出"氯-氧循环腐蚀"模型：在红外加热(模拟日照)作用下，NaCl破坏Cr₂O₃保护层生成挥发性Cl₂；氯气渗透至金属界面形成氯化物，随后再被氧化释放活性氯，形成自催化循环。该过程导致Al₂O₃保护层持续消耗，最终引发NiCr₂O₄非保护性产物的优势生长。

这项研究不仅阐明了海洋大气环境中镍基单晶合金的长期退化规律，更通过建立加速腐蚀环境谱与实际服役的等效关系，为航空发动机部件的抗腐蚀设计提供了量化评估工具。特别值得注意的是，研究发现钝化膜厚度衰减与NiCr₂O₄含量呈负相关性，这为开发新型海洋环境适应性涂层指明了成分调控方向。该成果对提升我国舰载航空装备的服役可靠性具有重要工程指导价值。