不同FCC/B2相比例AlxCrFeNi(3-x)共晶高熵合金的高硫煤灰热腐蚀行为

《Materials Today Communications》：High-sulfur coal ash hot corrosion behavior of Al xCrFeNi (3-x) eutectic high-entropy alloys with different FCC/B2 phase ratio

　　

通过真空电弧熔炼制备了具有不同FCC/B2相比例的Al_xCrFeNi_(3-x)（x=0.75、0.8、0.85和0.9）共晶高熵合金，并在850℃模拟高硫煤灰环境中研究了其热腐蚀行为。所有合金均呈现FCC+B2双相微观组织，其中FCC相富集Cr和Fe，而B2相富集Al和Ni。随着Al含量增加，B2相体积分数由20.48%增至66.39%。与传统耐热钢（316H、HR3C和S30432）相比，所有合金在相同条件下均表现出更优异的热腐蚀抗性。腐蚀150 h后，Al_0.75出现轻微质量损失（-1.72 mg/cm²），而Al_0.8、Al_0.85和Al_0.9分别表现出3.13、2.34和1.41 mg/cm²的质量增加。Al_0.9合金中较高比例的B2相为连续致密Al₂O₃外层氧化膜的形成提供了充足的Al储备，有效抑制了内部氧化和硫化。

论文解读

在“碳达峰、碳中和”目标驱动下，先进超超临界燃煤锅炉技术是火电行业低碳转型的关键。水冷壁、过热器等核心部件需在高温高压和腐蚀性介质中长期服役，而低质煤掺烧导致的高碱金属、高灰分以及低氮燃烧引发的硫化和飞灰冲蚀使高温腐蚀问题尤为突出。商用耐热钢（T91、Super304H、HR3C）依赖Cr₂O₃膜提供保护，但Cr含量不足以形成均匀致密氧化膜，熔盐侵蚀易引起膜剥落；且其最高使用温度约650℃，难以满足新一代超超临界机组750℃以上过热器的应用需求。高熵合金（HEA）特别是AlCoCrFeNi系因高强度、结构热稳定性及抗氧化/热腐蚀性能而成为候选材料，但Co会与Al/Cr竞争氧化并生成尖晶石，破坏保护膜完整性。因此，开发无Co或低Co的AlCrFeNi系高熵合金意义重大。AlCrFeNi共晶高熵合金（EHEA）由面心立方（FCC）和B2（有序体心立方）相组成，兼具强度与塑性，但其热腐蚀行为，尤其FCC/B2相比例对腐蚀层形成机制的影响尚不明确。为此，研究人员制备了四种Al_xCrFeNi_(3-x)共晶高熵合金，在850℃模拟高硫煤灰环境中进行150 h热腐蚀试验，并与商用耐热钢对比，成果发表于《Materials Today Communications》。

研究人员采用真空电弧熔炼制备Al_0.75、Al_0.8、Al_0.85和Al_0.9合金；利用盐涂法将模拟煤灰混合盐（37.5 wt.% Na₂SO₄ + 37.5% K₂SO₄ + 15% Fe₂O₃ + 10% SiO₂）涂覆于8×8×3 mm³试样表面，在850℃静态空气中周期性腐蚀至150 h。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS