Cтраница 1
Горячая коррозия, обусловленная присутствием, серы, часто протекает в виде основного флюсования, так как за счет формирования сульфидов в сплавах в расплаве осадка происходит образование оксидных ионов. Как можно видеть на рис. 12.13, некоторые никелевые сплавы гораздо более чувствительны к такому виду горячей коррозии, чем кобальтовые сплавы. Отсюда можно сделать вывод, что сплавы на основе кобальта обладают более высоким сопротивлением горячей коррозии, чем сплавы никеля. Однако такое утверждение в общем неверно и справедливо лишь для некоторых видов горячей коррозии. Разница в коррозионном разъедании при высокотемпературных испытаниях сплавов на основе никеля и кобальта, содержащих хром и алюминий ( см. рис. 12.3), еще ничего значит. Увеличение концентрации хрома или алюминия в этих сплавах приводит к увеличению времени до начала стадии быстрой сульфидации. [1]
Горячая коррозия материала стала первой проблемой, с которой пришлось столкнуться при производстве мощных генераторных турбин и турбин общего назначения, использующих низкосортное топливо, загрязненное серой, натрием и другими примесями, или турбин, работающих в таких условиях, которые допускают попадание в них загрязняющих примесей через воздухозаборники, например в морских условиях или в условиях пустыни. Алюминидные покрытия, разработанные для предотвращения окисления материалов в авиационных двигателях, оказались неэффективными против разъедания при горячей коррозии. Это стимулировало разработку покрытий других типов, предназначенных специально для противостояния горячей коррозии. Позже был обнаружен еще один механизм разъедания, известный ныне как низкотемпературная горячая коррозия. [2]
Горячая коррозия материала в значительной степени зависит от состава сплава, окружающей его газовой среды, природы поверхностного модифицирующего осадка и температуры. Все эти параметры влияют не только на скорость, но и, что гораздо важнее, на сам механизм разъедания материала при горячей коррозии. [3]
Так как горячая коррозия может играть определяющую роль в общей деградации металлов и сплавов, то важное значение придается экспериментальному и теоретическому изучению этого явления, имеющее своей конечной целью создание сплавов и покрытий, обладающих повышенной стойкостью к горячей коррозии. В этой области уже достигнуты значительные успехи, однако полного согласия относительно действующих механизмов коррозии и влияния на нее различных химических элементов до сих. В этой главе рассмотрены механизмы горячей коррозии металлов и сплавов, а также коррозионная стойкость некоторых суперсплавов. [4]
Так как горячая коррозия сплавов обычно происходит под слоем жидкого расплава соли, то для исследования этого процесса неоднократно предпринимались попытки применить традиционные методы, использующиеся для изучения коррозии в водной среде. В этих методах образцы, как правило, подвергаются воздействию такой же среды, что и при испытаниях в тиглях, а экспериментальная установка представляет из себя электрохимическую ячейку, в состав которой входят электролит из расплава соли, эталонный электрод, рабочий электрод и, возможно, несколько дополнительных электродов. [5]
Механизм развития горячей коррозии зависит, в первую очередь, от особенностей химического взаимодействия между расплавом осажденной соли и данным сплавом. В частности, именно присутствие соли является причиной появления на поверхности сплава продуктов такого взаимодействия, не обладающих защитными свойствами. Химические реакции могут быть вызваны изменением растворимости одних фаз в областях стабильности оксидов или образованием других фаз вне этих областей. При обсуждении возможных механизмов развития горячей коррозии удобно разделить их на две группы. В первую можно включить все механизмы, имеющие ту общую особенность, что образование продуктов химических реакций, не обладающих защитными свойствами, происходит в них вследствие некоторого флюсования сплава расплавом соли. Иногда влияние осажденного слоя на реакции в системе сплав-газ может быть и незначительным. В таких случаях осадок на поверхности сплавов часто формируется в виде пористой твердой фазы. [6]
Хорошо противостоят горячей коррозии. Термической обработки не требуют. [7]
Зависимость процесса горячей коррозии материала от температуры обусловлена влиянием очень многих факторов. Так, длительность начальной стадии коррозионного разъедания с повышением температуры снижается. Возможны, однако, и такие случаи, когда коррозионное разъедание с повышением температуры снижается. [8]
Типичные результаты по горячей коррозии некоторых суперсплавов под слоем расплава ( Na K) 2SO4 при 900 С представлены на рис. 12.2. Эти данные сопоставляются с результатами измерения максимальной глубины разъедания сплавов за 100 ч в зависимости от приложенного к электроду электрического потенциала. Изменяя значение потенциала, можно влиять на условия, существующие в расплаве. [9]
Разъедание материала при горячей коррозии происходит вследствие изменения типа химических реакций, протекающих между сплавом и окружающей газовой средой, под влиянием осажденного на поверхности этого сплава слоя соли. Характер изменения типа реакций в каждом конкретном случае во многом зависит от состояния осажденного слоя. Как правило, наиболее эффективным в смысле стимуляции коррозионного разъедания является жидкий осажденный слой ( см. рис. 12.6), хотя это вовсе и не обязательно для проявления разъедания при горячей коррозии. Даже твердые осажденные слои с очень высокой плотностью могут вызывать заметные изменения химических потенциалов реагирующих веществ на границе раздела между сплавом и осажденным слоем по сравнению с их значениями в объеме газа [17] и, следовательно, стимулировать проявление вполне определенных механизмов коррозионного разъедания сплава. [10]
Стойкость против окисления и горячей коррозии зависит главным образом от химического состава сплава, а не от способа кристаллизации. У сплавов направленной кристаллизации межзеренное окисление сильно подавлено или устранено, однако при тех высоких температурах, которые являются рабочими для суперсплавов направленной кристаллизации, межзеренное окисление не представляет собой главной проблемы. Улучшений в сопротивлении окислению достигают вне зависимости от способа кристаллизации сплавов. О сколь-нибудь существенном влиянии кристаллографической ориентировки на скорость окисления или горячей коррозии не сообщают. [11]
Ранее при исследовании процесса горячей коррозии в качестве газообразного реагента часто использовали килород. Все эти исследования [37, 38] показали, что механизм сульфидации играет важную роль во всем температурном интервале существования горячей коррозии. При более низких температурах коррозионная деградация материала за счет сульфидации возможна лишь при наличии SO2 в газовой фазе. [12]
Во время работы двигателя наблюдается горячая коррозия, которая также вызывается бромистым водородом - продуктом разложения дибромэтана или бромистого этила. Под действием бромистого водорода корродируют седла и направляющие выпускных клапанов, а также свечи. В последних разрушается серебря -, ная спайка, удерживающая центральный электрод, что ослабляет его крепления, а в некоторых случаях вызывает и выпадение электрода. Особенно резко горячая коррозия проявляется в тех случаях, когда в цилиндр двигателя попадает сильно избыточное против стехиометрического соотношения с тетраэтилсвинцом количество выносителя. [13]
Двустадийность процесса деградации материала при горячей коррозии не всегда проявляется достаточно отчетливо, и время, в течение которого стабильность - защитного барьера из продуктов химических реакций еще сохраняется под слоем осажденной соли, зависит от очень многих факторов. Обычно обе стадии хорошо выявляются в тех случаях, когда для образования продуктов химического взаимодействия сплава с осажденной солью, не обладающих защитными свойствами, требуется некоторое время. Для этого необходимо, чтобы произошло либо обеднение сплава определенными элементами, что вызывает изменение характера его химического взаимодействия с осажденной солью и образование других, по сравнению с начальным периодом взаимодействия, продуктов реакций, либо такое изменение состава осажденного осадка, которое делает невозможным постоянное возобновление защитного барьерного слоя. [14]
Для объяснения стимулированной газофазным взаимодействием горячей коррозии были предложены три модели. В первой из них [31-34] образование на поверхности сплава не обладающих защитным действием окалин типа А12О3 и Сг2О3 объясняется быстрым удалением кобальта и никеля из поверхностных слоев сплава в осажденный расплав соли. Это приводит к нарушению сплошности растущих оксидных А12О3 и Сг2О3 пленок. Обеднение же сплава кобальтом и никелем происходит из-за растворения их оксидов в кислом расплаве, хотя у поверхности осадка эти оксиды сохраняют свою стабильность. [15]