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INCONEL合金深度解析：601与625的耐腐蚀性能及机理
作者：admin 发布时间：2024-12-02 16:11点击：
INCONEL 601合金简介
INCONEL 601，由美国Huntington Alloys公司于20世纪70年代研发，是一种Ni-Cr-Fe固溶体镍基高温合金。凭借其卓越的高温机械性能，该合金在多个领域展现出广泛的应用潜力。在工业炉领域，它可用于制造辐射管、套筒、燃气喷嘴及电阻加热部件；在化学工业中，它可作为热交换器、冷凝管、隔离器、催化反应器及空气预热装置的理想材料；环保领域则将其作为汽油发动机的热反应器和固体废物焚烧室的首选材料；此外，在热能和电力工程中，它还被用作热交换器紧固件、煤灰处理系统部件、水蒸气管路、燃烧系统部件及汽轮机叶片等的关键材料。
INCONEL 601合金不仅具有优异的高温抗氧化性和抗腐蚀性，还拥有良好的高温力学性能，且易于成形和加工，可制成板、管、丝、带、棒、锻件等多种形态。
INCONEL 601合金的化学成分
INCONEL 625合金简介
INCONEL 625合金以其卓越的耐腐蚀和抗氧化性能，在低温至980℃范围内均展现出良好的拉伸性能和疲劳性能，同时耐盐雾气氛下的应力腐蚀。因此，它广泛应用于航空发动机零部件、宇航结构部件、化工设备及接触海水并承受高机械应力的场合。
INCONEL 625合金的耐腐蚀性
INCONEL 625合金在多种介质中均表现出优异的耐腐蚀性。在氯化物介质中，它具有出色的抗点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和侵蚀性能。同时，它还耐无机酸（如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸）腐蚀，在氧化和还原环境中也耐碱和有机酸腐蚀。此外，该合金还能有效抵抗氯离子还原性应力腐蚀开裂，在海水和工业气体环境中几乎不产生腐蚀，对海水和盐溶液具有很高的耐腐蚀性，即使在高温下也如此。在焊接过程中，它无敏感性，且在静态或循环环境中都具有抗碳化和氧化性，耐含氯的气体腐蚀。
INCONEL 625合金的化学成分
INCONEL 625与INCONEL 601合金耐高温氯离子腐蚀性能及机理的比较研究
讨论
在高温氯离子腐蚀环境中，两种合金表面的NaCl盐膜融化，为腐蚀环境提供氯离子。由于反应气氛为大气环境，氧气充足，因此氯离子腐蚀与高温氧化同时进行。腐蚀初期，两种合金发生选择性氧化，迅速生成含有Cr₂O₃、Al₂O₃或Fe₂O₃的混合致密氧化膜。尽管少量合金与氯离子反应生成易挥发的氯化物，但致密氧化膜的形成阻止了氯离子与基体的进一步反应，使前期腐蚀以氧化为主，腐蚀速率较大。
在腐蚀过程的第二个周期（20h至40h），合金表面主要为致密的氧化膜。这些氧化膜与氯离子反应，生成如Na₂CrO₄等物质，导致氧化膜溶解，产生裂纹与孔洞。氧气、氯离子及反应生成的氯气随孔隙进入基体合金，进一步反应生成氯化物挥发，形成腐蚀通道和孔洞。这导致两种合金的腐蚀增量略有减小。
在腐蚀后期，INCONEL 625合金中氧气与基体元素继续反应生成氧化物，这些氧化物之间进一步发生固相反应，形成复杂氧化物NiCrO。这些复杂氧化物不溶于氯化物，且在基体上具有良好的附着性，使氧化膜结构更加致密，有效阻止氯离子和氧元素进入基体，从而减缓腐蚀速率，减少腐蚀增量。
相比之下，INCONEL 601合金表面的Cr和Fe元素发生选择性氧化，形成Fe₂O₃和Cr₂O₃的氧化膜。然而，由于氧化膜与氯离子反应溶解，表面出现裂痕，氧气继续进入基体，发生氧化生成的氧化物与基体中合金元素之间发生固相反应生成复杂氧化物AlFeO₃，形成更致密的氧化膜结构。但随着腐蚀过程的进行，Cr元素消耗，氧化膜/基体界面出现Cr的贫化区及腐蚀孔洞，增大氧化膜产生应力集中和脱落的可能性。同时，致密结构的氧化膜阻碍Al元素向外表面扩散，使其在界面处富集，对耐蚀性造成一定影响。
对于INCONEL 625合金，反应初期生成由Al₂O₃、Fe₂O₃、Cr₅O₁₂组成的致密氧化膜。虽然随着腐蚀进行，氧化膜溶解，表面出现裂痕和孔洞，但相较于INCONEL 601合金，其表面并未形成明显的Cr和Ni贫化区，氧化层依然相对致密。同时，基体元素Ni及其氧化物与Cr的腐蚀产物发生固相反应生成尖晶石结构的NiCrO₄，增加氧化膜致密性，提高耐蚀性能。
结论
1.
在1100℃高温氯离子腐蚀条件下，INCONEL 625和INCONEL 601两种高温合金均表现出耐蚀性。腐蚀过程均分为前期腐蚀增量较快和后期腐蚀增量平缓两个阶段。但在腐蚀后期，INCONEL 625合金的腐蚀曲线更加平缓，表明其耐高温氯离子腐蚀性能优于INCONEL 601合金。
2.
3.
两种合金在腐蚀过程中均生成含有复杂氧化物的氧化膜。INCONEL 625合金的主要腐蚀产物有Al₂O₃、Fe₂O₃、Cr₅O₁₂及NiCrO₄相；而INCONEL 601合金的主要腐蚀产物有Cr₂O₃、AlFeO₃及Al₁gCr₅相。INCONEL 601合金表面Cr元素的贫化导致氧化膜破裂，失去对基体的保护作用，从而降低了其耐蚀性。
4.
5.
在高温氯离子腐蚀过程中，INCONEL 625合金由于Nb的钉扎作用及尖晶石结构NiCrO₄的生成，阻碍位错移动，减缓氧化膜脱落，增大氧化膜的附着力，使其耐蚀性优于INCONEL 601合金。
6.
INCONEL 601，由美国Huntington Alloys公司于20世纪70年代研发，是一种Ni-Cr-Fe固溶体镍基高温合金。凭借其卓越的高温机械性能，该合金在多个领域展现出广泛的应用潜力。在工业炉领域，它可用于制造辐射管、套筒、燃气喷嘴及电阻加热部件；在化学工业中，它可作为热交换器、冷凝管、隔离器、催化反应器及空气预热装置的理想材料；环保领域则将其作为汽油发动机的热反应器和固体废物焚烧室的首选材料；此外，在热能和电力工程中，它还被用作热交换器紧固件、煤灰处理系统部件、水蒸气管路、燃烧系统部件及汽轮机叶片等的关键材料。
INCONEL 601合金不仅具有优异的高温抗氧化性和抗腐蚀性，还拥有良好的高温力学性能，且易于成形和加工，可制成板、管、丝、带、棒、锻件等多种形态。
INCONEL 601合金的化学成分
| 合金 | % | 镍 | 铬 | 铁 | 碳 | 锰 | 硅 | 铜 | 铝 | 磷 | 硫 |
| 601（最小） | 58 | 21 | - | - | - | - | - | 1.0 | - | - | |
| 63 | 25 | 余量 | 0.1 | 1.5 | 0.5 | 1 | 1.7 | 0.02 | 0.015 |
INCONEL 625合金以其卓越的耐腐蚀和抗氧化性能，在低温至980℃范围内均展现出良好的拉伸性能和疲劳性能，同时耐盐雾气氛下的应力腐蚀。因此，它广泛应用于航空发动机零部件、宇航结构部件、化工设备及接触海水并承受高机械应力的场合。
INCONEL 625合金的耐腐蚀性
INCONEL 625合金在多种介质中均表现出优异的耐腐蚀性。在氯化物介质中，它具有出色的抗点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和侵蚀性能。同时，它还耐无机酸（如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸）腐蚀，在氧化和还原环境中也耐碱和有机酸腐蚀。此外，该合金还能有效抵抗氯离子还原性应力腐蚀开裂，在海水和工业气体环境中几乎不产生腐蚀，对海水和盐溶液具有很高的耐腐蚀性，即使在高温下也如此。在焊接过程中，它无敏感性，且在静态或循环环境中都具有抗碳化和氧化性，耐含氯的气体腐蚀。
INCONEL 625合金的化学成分
| 合金 | % | 镍 | 铬 | 钼 | 铌 | 铁 | 铝 | 钛 | 碳 | 锰 | 硅 | 钴 | 磷 | 硫 |
| INCONEL 625（最小） | 余量 | 20 | 8 | 3.15 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| - | 23 | 10 | 4.15 | 5 | 0.4 | 0.4 | 0.1 | 0.5 | 0.5 | 1 | 0.015 | 0.015 |
讨论
在高温氯离子腐蚀环境中，两种合金表面的NaCl盐膜融化，为腐蚀环境提供氯离子。由于反应气氛为大气环境，氧气充足，因此氯离子腐蚀与高温氧化同时进行。腐蚀初期，两种合金发生选择性氧化，迅速生成含有Cr₂O₃、Al₂O₃或Fe₂O₃的混合致密氧化膜。尽管少量合金与氯离子反应生成易挥发的氯化物，但致密氧化膜的形成阻止了氯离子与基体的进一步反应，使前期腐蚀以氧化为主，腐蚀速率较大。
在腐蚀过程的第二个周期（20h至40h），合金表面主要为致密的氧化膜。这些氧化膜与氯离子反应，生成如Na₂CrO₄等物质，导致氧化膜溶解，产生裂纹与孔洞。氧气、氯离子及反应生成的氯气随孔隙进入基体合金，进一步反应生成氯化物挥发，形成腐蚀通道和孔洞。这导致两种合金的腐蚀增量略有减小。
在腐蚀后期，INCONEL 625合金中氧气与基体元素继续反应生成氧化物，这些氧化物之间进一步发生固相反应，形成复杂氧化物NiCrO。这些复杂氧化物不溶于氯化物，且在基体上具有良好的附着性，使氧化膜结构更加致密，有效阻止氯离子和氧元素进入基体，从而减缓腐蚀速率，减少腐蚀增量。
相比之下，INCONEL 601合金表面的Cr和Fe元素发生选择性氧化，形成Fe₂O₃和Cr₂O₃的氧化膜。然而，由于氧化膜与氯离子反应溶解，表面出现裂痕，氧气继续进入基体，发生氧化生成的氧化物与基体中合金元素之间发生固相反应生成复杂氧化物AlFeO₃，形成更致密的氧化膜结构。但随着腐蚀过程的进行，Cr元素消耗，氧化膜/基体界面出现Cr的贫化区及腐蚀孔洞，增大氧化膜产生应力集中和脱落的可能性。同时，致密结构的氧化膜阻碍Al元素向外表面扩散，使其在界面处富集，对耐蚀性造成一定影响。
对于INCONEL 625合金，反应初期生成由Al₂O₃、Fe₂O₃、Cr₅O₁₂组成的致密氧化膜。虽然随着腐蚀进行，氧化膜溶解，表面出现裂痕和孔洞，但相较于INCONEL 601合金，其表面并未形成明显的Cr和Ni贫化区，氧化层依然相对致密。同时，基体元素Ni及其氧化物与Cr的腐蚀产物发生固相反应生成尖晶石结构的NiCrO₄，增加氧化膜致密性，提高耐蚀性能。
结论
1.
在1100℃高温氯离子腐蚀条件下，INCONEL 625和INCONEL 601两种高温合金均表现出耐蚀性。腐蚀过程均分为前期腐蚀增量较快和后期腐蚀增量平缓两个阶段。但在腐蚀后期，INCONEL 625合金的腐蚀曲线更加平缓，表明其耐高温氯离子腐蚀性能优于INCONEL 601合金。
2.
3.
两种合金在腐蚀过程中均生成含有复杂氧化物的氧化膜。INCONEL 625合金的主要腐蚀产物有Al₂O₃、Fe₂O₃、Cr₅O₁₂及NiCrO₄相；而INCONEL 601合金的主要腐蚀产物有Cr₂O₃、AlFeO₃及Al₁gCr₅相。INCONEL 601合金表面Cr元素的贫化导致氧化膜破裂，失去对基体的保护作用，从而降低了其耐蚀性。
4.
5.
在高温氯离子腐蚀过程中，INCONEL 625合金由于Nb的钉扎作用及尖晶石结构NiCrO₄的生成，阻碍位错移动，减缓氧化膜脱落，增大氧化膜的附着力，使其耐蚀性优于INCONEL 601合金。
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