高铬Ni-Cr 基高温合金的应用与发展

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1、高铬Ni-Cr基高温合金的应用与发展/毕中南等·6·*高铬Ni-Cr基高温合金的应用与发展毕中南，董建新(北京科技大学材料科学与工程学院高温材料及应用研究室，北京100083)摘要介绍了高铬Ni-Cr基合金的发展历程和性能特点，并汇总了国内外现有的Cr含量30%以上的Ni-Cr基合金，根据其主要使用领域进行分类，旨在介绍高铬合金的应用范围，为其进一步发展提供依据。关键词铬Ni-Cr基高温合金应用与发展ApplicationsandDevelopmentofHighCrNi-CrBasedSuperalloysBI

2、Zhongnan，DONGJianxin(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083)AbstractThispaperoverviewsthepropertiesanddevelopmentofhighCrNi-Crbasedsuperalloys.Itconcludestheapplicationsofthiskindofalloysandanalyzestheexis

3、tingproblemsinthecurrentresearch，inordertocontinuedeveloping.KeywordsCr，Ni-Crbasedsuperalloys，applicationsanddevelopmentNi基高温合金和耐蚀合金在航空航天、核工程、能源动以上的Cr含量外，还根据不同的需要添加了Mo、B、Al、力、交通运输、石油化工和冶金等领域起着至关重要的作用。Ti等合金元素，但是其最大的特点仍来源于高的Cr含量。这得益于其相对较高的抗氧化和抗腐蚀能力。Cr作为提高合其具有的性

4、能特点为:金抗氧化耐腐蚀性能的主要元素，其含量的高低格外重要。(1)耐蚀性:实验表明，Ni-Cr系列合金的耐蚀性是Cr含近些年来，一些Cr含量超过30%的高铬Ni-Cr基合金量的函数，耐蚀性随着Cr含量的增加而急剧增加，当Cr含开始走进人们的视野，并迅速兴起。本文介绍了高铬Ni-Cr量大于50%时，耐蚀性则开始变坏。其中Cr35Ni65合金的基合金的发展过程，汇总了国内外现有的Ni-Cr基合金，并耐蚀性最佳。图1是Ni-Cr系列耐蚀合金的极化曲线，表现根据其主要使用领域进行分类，旨在介绍高铬合金的用途，了含Cr量

5、15%～50%的几种镍基合金，在1mol/L硫酸、35℃为其进一步发展提供依据。溶液中的极化特征。合金的活化和钝化电流，随着Cr含量的增加而减小，相应的活化电位正移，钝化区电位从0一直1发展历史延续到900mV以上，出现过钝化。含30%～45%Cr的合金，众所周知，一般的高温合金中均添加一定量的Cr元素，从活化态向钝化态过渡中，呈现有规律性的“负环”现象[1]。且Cr含量越高，合金的高温抗氧化性和耐蚀性就越好。然而，Cr在基体中的溶解度是有限的。当合金中的Cr含量达到或超过其饱和度后，在使用过程中会有复杂的组织出

6、现而导致合金力学性能及稳定性的下降。因此以Ni基合金为例，一般Cr含量都在30%以下。在20世纪七八十年代，由于不能很好的解决高Cr含量带来的组织问题，新开发的Ni基合金都在寻求利用涂层、复合等方式来抵抗更高的温度，合金的Cr含量则一降再降。当时也有专家呼吁应该适当的保持Cr含量在一定的高度，但还是由于一些技术瓶颈的存在和认识观点的问题而没能图1Ni-Cr合金极化曲线进行大量的开发研究。综上可见，Cr含量越高，合金的钝化能力越强。因此，随着新世纪的到来，人们逐渐发现单靠改变表面处理等高铬Ni-Cr基合金不仅可以抗

7、高温氧化，还可用于水溶液中，方式并不能从根本上提高合金的抗高温和耐蚀性能。于是，特别是强氧化性水溶液。在实际应用中，它可用于硫酸、磷含Cr30%以上高铬合金的开发重新走入人们的视野。特别是酸、低浓度的盐酸、氢氟酸等环境中，在蒸汽以及碱中耐蚀俄罗斯(前苏联)，在其相对独立的发展体系中，从20世纪性也极好。70年代以来已经研制了一系列Cr含量在32%～35%的高铬(2)抗氧化:Cr同样是高温合金中提高抗高温腐蚀性能的Ni-Cr基高温合金，甚至Cr含量高达40%的高温精密合金，作为航空航天发动机的重要部件。因此这也引起

8、了欧美国家最佳元素。这得益于Cr2O3氧化膜的形成。Cr2O3是高温下唯[2]的高度重视和开发热情。对于我国而言，该类合金正处于刚一的热力学稳定的固相Cr的氧化物。致密的Cr2O3氧化膜在高温下可以防止合金的进一步氧化失效。图2是Ni-Cr合刚起步的状态。金在1150℃空气中暴露150h的抗氧化曲线，在15%Cr、2性能特点20%～30%Cr、45%～50%Cr处，出现拐