本文是一篇关于Inconel625合金及其改性材料在高温氯腐蚀环境中性能研究的硕士学位论文，作者为陈土春，指导老师为向军淮教授，论文于2021年6月8日提交至江西科技师范大学材料与机电学院。该研究属于材料化学领域，重点关注金属腐蚀与防护方向。

研究背景与意义

Inconel625合金因其优异的抗高温氯腐蚀性能，常被用作高温含氯介质中的涂层材料。然而，其高昂的成本和在强腐蚀性环境中的使用寿命限制，促使研究者探索通过添加铝（Al）和钇（Y）等元素来改善其性能。研究表明，Al的添加可以形成保护性的Al2O3膜，而Y作为高活性稀土元素，能够提高氧化膜的粘附性并促进保护性Cr2O3层的形成。因此，本文设计了Inconel625-Al和Inconel625-Y体系，研究其在600-800°C、0.5 vol.%和1.0 vol.% HCl浓度下的高温腐蚀行为，重点关注Al和Y的添加对形成保护性氧化膜的影响。

研究内容与方法

研究分为两部分： 1. Inconel625-Al体系：研究了Inconel625-xAl（x=3, 5, 7, 10 wt.%）合金在600-800°C、N2-0.5 vol.% HCl-1.5 vol.% O2-3.0 vol.% CO2和N2-1.0 vol.% HCl-1.5 vol.% O2-3.0 vol.% CO2混合气氛中的高温腐蚀行为。通过腐蚀动力学曲线、氧化膜形貌和组成分析，探讨了Al含量对合金抗腐蚀性能的影响。 2. Inconel625-Y体系：研究了Inconel625-xY（x=0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0 wt.%）合金在相同条件下的高温腐蚀行为，重点关注Y含量对氧化膜形成和腐蚀动力学的影响。

实验采用循环称重法，通过自组装的水平管式炉进行氯腐蚀实验，腐蚀时间为200小时。腐蚀后的样品通过X射线衍射仪（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）结合能谱分析仪（EDS）进行物相分析和形貌表征。

主要结果与讨论

1. Inconel625-Al体系：

   • 在0.5 vol.% HCl浓度下，Inconel625-5Al和Inconel625-10Al合金表现出更好的抗腐蚀性能，而Inconel625-3Al和Inconel625-7Al合金的腐蚀增重较高。
   • 在1.0 vol.% HCl浓度下，随着Al含量的增加，Al2O3层逐渐从非连续变为连续和致密，提供了更好的保护。高Al含量的Inconel625-10Al合金表现出优异的抗腐蚀性能。
   • 在800°C下，Inconel625-3Al合金表面形成大量SiO2，且随着HCl浓度的增加而增加。

2. Inconel625-Y体系：

   • 在0.5 vol.% HCl浓度下，腐蚀动力学大致符合抛物线规律，随着温度的增加，腐蚀过程由失重逐渐变为增重。
   • 在1.0 vol.% HCl浓度下，腐蚀增重随着Y含量的增加而增加，低Y含量的Inconel625合金形成了连续致密的Cr2O3层，表现出更好的抗腐蚀性能。
   • 在600-700°C下，氧化膜结构主要由Ni和Cr的混合氧化物组成，而在700°C下，表面形成Cr2O3和NiCr2O4。

结论与展望

研究表明，Al和Y的添加显著改善了Inconel625合金的抗高温氯腐蚀性能。Al的添加促进了Al2O3层的形成，而Y的添加则增强了Cr2O3层的粘附性和保护性。高Al含量的Inconel625-10Al合金表现出最佳的抗腐蚀性能，而低Y含量的Inconel625合金也表现出较好的抗腐蚀性能。这些结果为开发新型耐氯腐蚀材料提供了理论基础，特别是在垃圾焚烧炉和生物质混煤发电等高温含氯环境中的应用。

研究亮点

1. 创新性：通过添加Al和Y元素，显著提高了Inconel625合金的抗高温氯腐蚀性能，为开发新型耐腐蚀材料提供了新思路。
2. 系统性：研究涵盖了不同Al和Y含量的合金，系统分析了其在不同HCl浓度和温度下的腐蚀行为。
3. 应用价值：研究成果可直接应用于垃圾焚烧炉和生物质混煤发电等高温含氯环境，具有重要的工业应用价值。

未来研究方向

未来的研究可以进一步探索其他稀土元素或合金化元素对Inconel625合金性能的影响，优化合金成分，开发更具成本效益的耐腐蚀材料。此外，还可以研究不同腐蚀环境（如熔盐腐蚀）对合金性能的影响，以拓展其应用范围。