高温合金材料的高温抗氧化研究

装 备 环 境 工 程 第20卷 第12期

·20· EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING 2023年12月

收稿日期：2023-10-29；修订日期：2023-12-11

Received：2023-10-29；Revised：2023-12-11 引文格式：杨丽媛, 张骐, 孙志华, 等. 不同温度下DD6单晶高温合金的燃气热腐蚀行为研究[J]. 装备环境工程, 2023, 20(12): 20-25. YANG Li-yuan, ZHANG Qi, SUN Zhi-hua, et al. Hot Gas Corrosion Behavior of Single Crystal Superalloy DD6 at Different Temperature[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(12): 20-25.

不同温度下DD6单晶高温合金的

燃气热腐蚀行为研究

杨丽媛，张骐，孙志华，刘明，赵明亮

（北京航空材料研究院 航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室，北京 100095）

摘要：目的 研究DD6高温合金在650、800、950 ℃等3种典型温度的燃气热腐环境下的耐腐蚀性能。

方法 采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）等测试方法，研究不同温度下DD6

高温合金的热腐蚀行为。结果与结论 随着温度的升高，合金的腐蚀速率呈逐渐增加的趋势。当温度为650、

800 ℃时，合金的腐蚀速率较小；当温度为950 ℃时，表面腐蚀产物明显剥落，腐蚀程度明显增加。在650 ℃

下，DD6合金的腐蚀层较薄，主要为NiO、Al2O3等氧化物。在800、950 ℃下，腐蚀层分为2层，外层由2

部分构成，最外侧为一薄层NiO和Co3O4等的混合物，次外层为相对疏松的NiO，内层为Al2O3和Cr2O3构

GH5605钴基高温合金简介

合金中组成相的结构和性质对合金的性能起决定性的作用。同时,合金组织的变化即合金中相的相对数量、各相的晶粒大小，形状和分布的变化，对合金的性能也发生很大的影响。 因此,利用各种元素的结合以形成各种不同的合金相,再经过合适的处理可能满足各种不同的性能要求.下面上海商虎带大家从不同的角度了解一下GH5605金属特性:

一、GH5605材料说明

GH5605 是以20Cr和15W固溶强化的钴基高温合金，在815℃以下具有中等的持久和蠕变强度，在1090℃以下具有优良的抗氧化性能，同时具有满意的成形、焊接等工艺性能。适用于制造航空发动机燃烧室和导向叶片等要求中等强度和优良的高温抗氧化性能的热端高温零部件。也可在航天发动机和航天飞机上使用。可生产供应各种变形产品，如薄板、中板、带材、棒材、锻件、丝材以及精密铸件。

1.1 GH5605材料牌号 GH5605。

1.2 GH5605相近牌号 L605,HS25,WF-11,AlS1670,UNSR30605(美国)、KC20WN(法国)。 1.3 GH5605材料的技术标准

WS9 7053-1996 《GH5605合金热轧板材、冷轧薄板和带材》

Q/5B 4021-1992 《GH5605合金环形锻件技术条件》

Q/5B 4031-1992 《GH5605合金棒材》

Q/5B 4032-1992 《GH5605合金带材》

Q/5B 4033-1992 《GH5605合金带材(硬态)》

Q/5B 4059-1992 《GH5605高温合金冷拉焊丝》

1.4 GH5605化学成分

C 0.05～0.15

Cr 19.0～21.0

Ni 9.0～11.0

W 14.0～16.0

Co 余量

Mn 1.0～2.0

Fe ≤3.0

Si ≤0.40

P ≤0.04

S ≤0.03

1.5 GH5605热处理制度 板材、带材:1175～1230℃,快速冷却;环形件:1175～1230℃,保温不少于15min,水冷或快速空冷;棒材(机加工用):1175～1230℃,快速冷却。

高温合金材料发展现状与趋势

高温合金是指具有优异的高温强度、高温蠕变和高温抗氧化性能的材料。这些材料被广泛应用于航空航天、火箭、汽车、能源、化工和核工业等领域。随着这些领域对高温材料需求的不断增加，高温合金材料也因此得到了广泛的关注和研发。本文旨在对高温合金材料的发展现状和未来趋势进行探讨。

一、 高温合金材料的分类

高温合金材料主要可分为镍基高温合金、铬基高温合金和钛基高温合金。其中镍基高温合金是应用最为广泛的一类高温合金。镍基高温合金具有强的抗氧化性、良好的高温蠕变和高温疲劳性能、优异的耐腐蚀性、高的热强度和热稳定性等优点，被广泛应用于各种高温领域。

二、 高温合金材料的发展现状

高温合金材料的发展历程可以追溯到20世纪50年代。在此以前，主要采用的是铁基合金，但铁基合金存在工作温度范围狭窄、低温下脆性易剥落等缺点。20世纪50年代中期，美国医生·布拉斯特博士首次成功研制出镍基合金，开创了高温合金材料的新时代。70年代至80年代之间，欧美日等国的高温合金技术突飞猛进，并得到广泛推广应用。 目前，高温合金材料已经具备了广泛的应用场景和应用前景，尤其是在航空航天、火箭、船舶、发电等领域。随着材料科学技术的逐步提高，未来高温合金的研究和应用将更加广泛，发展也将日益壮大。

三、高温合金材料的未来趋势

1. 单晶高温合金材料将得到广泛应用

单晶高温合金材料是指各向同性粉末冶金高温合金，具有耐蠕变和循环寿命长、耐热劣化和抗氧化性能好的特点。单晶高温合金材料主要应用于高温部件上，例如发动机涡轮叶片、转子盘、燃烧室内强制部件等方面。

2. 复合材料和纳米材料将成为研究热点

复合材料和纳米材料将成为高温合金材料的研究热点。复合材料具有优良的力学性能和耐热性能，可以制备成薄壁结构材料和非对称结构材料等多种形状的零部件。纳米材料具有优异的力学性能和微观结构特性，可以强化高温合金材料的高温强度和热稳定性能。

3. 新型高温合金材料将不断发展

极端环境下的材料行为及高温结构材料研究

随着人类对科技的不断追求和探索，对于一些在极端环境下使用的机械设备和器材也越来越多。然而，这些设备和器材在高温、高压等极端环境下的材料行为会有很大的变化，使得它们的性能和寿命都受到了极大的挑战。因此，要想在极端环境下使用的设备和器材长期稳定运行，高温结构材料的研究和开发就显得非常重要。

高温结构材料主要指的是在高温下可以保持良好性能的材料。由于高温环境下材料的物理和化学性质都会发生变化，例如导热系数、热膨胀系数、力学性能等等，导致常用的材料在高温下使用会出现问题，这就需要研究开发新的高温结构材料解决这些问题。

高温结构材料的研究，通常包括理论计算和实验研究。理论计算可通过计算机模拟来进行，可以对材料的性能进行预测，分析材料的内部结构和物理性质。而实验研究则需要使用高温条件下的设备和器材来进行，如高温熔融方式、拉伸实验、热膨胀实验等等。

目前，高温结构材料的研究方向主要包括以下几个方面：

1.高温合金材料的研究：高温合金材料是指在高温下可以保持良好性能的一类合金材料，它们的性能较好的原因是因为其材料中添加了铝、钨、钼、铬等元素，这些元素能够在高温环境下形成一层氧化物薄膜，以防止材料的氧化和腐蚀。

2.复合材料的研究：复合材料是由两种以上的材料组成，且不同的材料之间具有不同的性能，具有高刚性、高强度、轻质化等优点，可以用于制造高温工作环境下的发动机叶片、石油钻头等设备。

3.陶瓷材料的研究：陶瓷材料是指由无机非金属材料组成的一类材料，具有高强度、高刚性、抗氧化、抗腐蚀等特性，但韧性较差。在高温下可以实现无烟无味的工作环境，如用于导弹制导系统和高速飞行器的减速降温材料等。

4.新型纳米材料的研究：纳米材料是指粒径在1~100nm之间的物质，由于其尺寸特性的独特性，使得它在高温下拥有特殊的力学性质、热力学性质和电学性质，可以用于高温环境下的高性能电子元件、传感器等设备。